硅微陀螺接口分布參數(shù)建模及測控電路優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、硅微陀螺是一種以哥氏效應(yīng)為基礎(chǔ)結(jié)合MEMS技術(shù)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(qiáng)、能適應(yīng)惡劣環(huán)境條件等一系列優(yōu)點(diǎn)。
　　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(biāo)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(shí)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(jié)構(gòu)和工作原理分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了并聯(lián)RLC電學(xué)等效;對(duì)硅微陀螺的接口分布參數(shù)進(jìn)行精

2、確建模，并對(duì)其進(jìn)行了測量、分析與驗(yàn)證;基于Cadence軟件構(gòu)建了包含機(jī)械結(jié)構(gòu)、接口分布參數(shù)以及信號(hào)調(diào)理的系統(tǒng)級(jí)模型，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證;深入分析了接口分布參數(shù)對(duì)硅微陀螺驅(qū)動(dòng)電壓以及其輸出特性的影響。
　　其次，研究了硅微陀螺驅(qū)動(dòng)電路，采用Cadence軟件構(gòu)建了現(xiàn)有基于分立器件的驅(qū)動(dòng)電路模型，并與硅微陀螺電學(xué)等效模型進(jìn)行了系統(tǒng)仿真?；诜抡娼Y(jié)果，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用新型接口電路替代原有的跨阻式接口電路，并進(jìn)行了理論、仿真

3、和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)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(yùn)用自穩(wěn)零運(yùn)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(duì)驅(qū)動(dòng)交流電壓Vac的控制精度。
　　第三，對(duì)硅微陀螺的檢測及解調(diào)電路進(jìn)行了研究，采用Cadence軟件構(gòu)建了現(xiàn)有基于分立器件的檢測及解調(diào)電路的電學(xué)模型，并與硅微陀螺電學(xué)等效模型進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。結(jié)合仿真結(jié)果對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(guān)相敏解調(diào)替代乘法解調(diào)，在提高硅微陀螺標(biāo)度因子的同時(shí)，又使得其零偏穩(wěn)定性達(dá)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(shè)計(jì)、仿真分析以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硅微陀螺驅(qū)動(dòng)檢測電壓、驅(qū)動(dòng)交流電壓、零偏以及標(biāo)度因子的電學(xué)模型仿真結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果的相對(duì)誤差小于7％。并對(duì)搭載同一只硅微陀螺改進(jìn)前后的測控電路進(jìn)行了性能比對(duì)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，標(biāo)度因子由原先的0.0057