硅微陀螺接口分布參數(shù)建模及測控電路優(yōu)化設計.pdf

1、硅微陀螺是一種以哥氏效應為基礎結合MEMS技術的慣性傳感器件，其具有功耗低、體積小、重量輕、抗過載能力強、能適應惡劣環(huán)境條件等一系列優(yōu)點。
　　與國外相比，國內(nèi)的硅微陀螺仍然存在測控電路性能有待提高，陀螺標度因子以及零偏穩(wěn)定性較差的劣勢。為此，本文以優(yōu)化測控電路，實現(xiàn)硅微陀螺性能提高為目的，做了以下工作。
　　首先，在硅微陀螺內(nèi)部結構和工作原理分析的基礎上，對其機械結構進行了并聯(lián)RLC電學等效;對硅微陀螺的接口分布參數(shù)進行精

2、確建模，并對其進行了測量、分析與驗證;基于Cadence軟件構建了包含機械結構、接口分布參數(shù)以及信號調(diào)理的系統(tǒng)級模型，并進行了仿真驗證;深入分析了接口分布參數(shù)對硅微陀螺驅動電壓以及其輸出特性的影響。
　　其次，研究了硅微陀螺驅動電路，采用Cadence軟件構建了現(xiàn)有基于分立器件的驅動電路模型，并與硅微陀螺電學等效模型進行了系統(tǒng)仿真?；诜抡娼Y果，對驅動電路進行了優(yōu)化設計，采用新型接口電路替代原有的跨阻式接口電路，并進行了理論、仿真

3、和實驗驗證，結果發(fā)現(xiàn)，工作頻帶內(nèi)新型接口電路的噪聲譜密度降為原接口電路的36％;提出了運用自穩(wěn)零運算放大器AD8629代替?zhèn)鹘y(tǒng)放大器AD8642的優(yōu)化方案，有效降低了1/f噪聲，提高了AGC電路對驅動交流電壓Vac的控制精度。
　　第三，對硅微陀螺的檢測及解調(diào)電路進行了研究，采用Cadence軟件構建了現(xiàn)有基于分立器件的檢測及解調(diào)電路的電學模型，并與硅微陀螺電學等效模型進行了系統(tǒng)仿真。結合仿真結果對其進行了優(yōu)化設計，采用新型接口電

4、路替代了原有的跨阻式接口電路，提高了電路的信噪比;采用開關相敏解調(diào)替代乘法解調(diào)，在提高硅微陀螺標度因子的同時，又使得其零偏穩(wěn)定性達到了乘法解調(diào)的理論精度。
　　最后，完成了硅微陀螺測控電路的優(yōu)化設計、仿真分析以及實驗驗證。實驗結果表明，硅微陀螺驅動檢測電壓、驅動交流電壓、零偏以及標度因子的電學模型仿真結果與實際測量結果的相對誤差小于7％。并對搭載同一只硅微陀螺改進前后的測控電路進行了性能比對，實驗發(fā)現(xiàn)，標度因子由原先的0.0057