微機(jī)械陀螺自激驅(qū)動(dòng)電路研究.pdf

1、微機(jī)械陀螺是近十年快速發(fā)展起來(lái)的一種新型慣性器件,其敏感結(jié)構(gòu)和接口電路都主要由MEMS和微電子工藝制作而成,具有體積小,成本低,便于大批量生產(chǎn)等特點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)、汽車工業(yè)以及軍事應(yīng)用等方面有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。論文在分析微機(jī)械陀螺的靜電驅(qū)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)模態(tài)動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上,對(duì)其驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了研究,對(duì)外加交流電壓驅(qū)動(dòng)電路和自激驅(qū)動(dòng)電路分別進(jìn)行了電路原理設(shè)計(jì)、前仿真、版圖設(shè)計(jì)和后仿真。首先,根據(jù)微機(jī)械陀螺的動(dòng)力學(xué)方程,建立了其驅(qū)動(dòng)模態(tài)的電學(xué)

2、模型。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)模態(tài)電學(xué)模型進(jìn)行交流小信號(hào)分析,得到驅(qū)動(dòng)振動(dòng)速度幅度隨輸入驅(qū)動(dòng)力的頻率響應(yīng),最大值對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)的固有頻率,與理論計(jì)算的固有頻率是一致的；利用瞬態(tài)分析法對(duì)驅(qū)動(dòng)電學(xué)模型進(jìn)行電路模擬,可以看到阻尼力系數(shù)越小,維持振動(dòng)的時(shí)間就越長(zhǎng)；驅(qū)動(dòng)振動(dòng)需要一定的時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定,阻尼力系數(shù)越大,振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間越短。然后,對(duì)外加交流電壓和自激驅(qū)動(dòng)這兩種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了研究,重點(diǎn)對(duì)自激驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行了分析,確定了自激驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)方法

3、,并用理想器件搭建了電路模型,通過(guò)Hspice仿真,驗(yàn)證了其可行性。最后,進(jìn)行了電路設(shè)計(jì),對(duì)各個(gè)模塊仿真驗(yàn)證,并結(jié)合微機(jī)械陀螺的驅(qū)動(dòng)模態(tài)電學(xué)模型對(duì)自激驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了Hspice模擬,驗(yàn)證了其功能；可以看到驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為驅(qū)動(dòng)模態(tài)的固有頻率,大小為2.755kHz,得到的反饋驅(qū)動(dòng)電壓幅度為1.2V,頻率穩(wěn)定度為0.029%,幅值穩(wěn)定度為0.047%,滿足了微機(jī)械陀螺敏感結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的要求。最終實(shí)現(xiàn)了自激振蕩驅(qū)動(dòng)的功能,為陀螺器件實(shí)現(xiàn)角速度