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自20世纪80年代以来,微机械陀螺随着工艺的成熟逐渐发展成为新一代的惯性传感器,凭借便携、可批量生产、成本低、可集成等特点,被广泛应用于汽车、医学以及消费电子领域,近年来在战术级应用,例如导弹导航和航天航空方面也有长足的进展。作为决定陀螺工作性能的关键因素,微机械陀螺的接口电路设计极其重要。据此本文采用电容式微机械陀螺的接口电路作为研究课题,在大量调研、理论分析和仔细仿真的基础上,最终实现高性能陀螺模拟接口电路的设计和实现。 论文首先对微机械系统、微机械陀螺以及其分类进行了简介,调研了微机械陀螺的应用前景,概述了陀螺国内外的研究进展,针对研究现状进行了总结。 论文在陀螺力学模型的基础上,对微机械陀螺基于科里奥利效应的工作原理和性能指标进行了简要介绍,并且对微机械陀螺的接口电路的各种类型进行了总结,包括连续时间的跨阻放大器、电荷灵敏放大器等。详细分析了环形二极管接口电路的原理,为低噪声电容检测电路设计提供了理论依据。 论文提出和设计了完整的环形二极管接口模拟ASIC的方案,并成功流片和测试。接口电路采用环形二极管解调,跨阻放大器作为C/V转换,高通滤波器滤除失配直流信号和噪声,增益控制电路控制增益大小。通过chrt0.18um工艺库的设计,流片并且实现了接口电路的低噪声电容检测。联合陀螺开环测试能观察到陀螺振动的输出信号,增益足够大并且满足可以调节的功能,最终测试动态范围有90dB左右,具有很好的噪声性能。 论文对一款数字闭环方案中的高压数模转换器进行了研究和设计。数模转换器是数字闭环方案的重要组成部分,是联系陀螺和数字电路的桥梁。论文研究和推导了了电流舵型10bit的高压DAC的原理,针对各模块进行设计和仿真,最后进行了总体仿真。同时研究了电阻型高压DAC的原理,分别介绍了14bit R-2R梯形电阻DAC和电阻串型DAC的设计和仿真,并且进行了非线性分析和对比。最终得到电流舵型数模转换器和电阻型数模转换器都能应用在数字闭环方案中,并且有较好的性能。 最后论文对于微机械陀螺接口电路的课题工作进行了总结,并对未来的研究进行了展望和建议。