【摘 要】
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光纤陀螺作为惯性导航系统的核心器件,是一种低成本、全固态、高精度角速度传感器,在国防和民用等领域具有广泛的应用。目前,由于中美国家关系的恶化,IC行业受到严重打击,中国大部分芯片都受到严重制约,尤其对于在军事领域广泛应用的光纤陀螺,其芯片的国产化迫在眉睫。本文主要针对光纤陀螺中DAC芯片的国产化进行研究,从理论上分析DAC芯片对光纤陀螺的影响,并设计符合光纤陀螺工作要求的DAC芯片,具体研究内容如
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光纤陀螺作为惯性导航系统的核心器件,是一种低成本、全固态、高精度角速度传感器,在国防和民用等领域具有广泛的应用。目前,由于中美国家关系的恶化,IC行业受到严重打击,中国大部分芯片都受到严重制约,尤其对于在军事领域广泛应用的光纤陀螺,其芯片的国产化迫在眉睫。本文主要针对光纤陀螺中DAC芯片的国产化进行研究,从理论上分析DAC芯片对光纤陀螺的影响,并设计符合光纤陀螺工作要求的DAC芯片,具体研究内容如下:1.研究了光纤陀螺基本工作原理,分析了光纤陀螺的结构,重点分析了光纤陀螺的调制解调技术;2.在Simulink中搭建了光纤陀螺仿真模型,实现了对光纤陀螺的系统级建模,并通过对模型进行分析,获得了适合于光纤陀螺DAC芯片的设计指标,明确了后续DAC设计的要求;3.在DAC设计指标的基础上,对比了现有DAC常用结构,选择了电流舵型三分段结构,通过模型仿真获得最佳分段为“5+5+6”,并在Simulink中对DAC进行行为级建模及误差分析,重点分析了失配引起的随机误差、梯度误差和电流源有限输出阻抗对DAC的积分非线性度、微分非线性度、无杂散动态范围和信噪失真比的影响;4.在TSMC 0.18μm 1P6M工艺下对DAC进行模块设计,其中包括带隙基准、放大器、校准电路、温度系数补偿电路、译码电路、电流源开关管和延迟同步电路等。对设计DAC电路模块进行电路仿真,获得DAC电路从全“0”跳变为全“1”建立时间为13.5 ns,输入20 MHz的正弦波,采样时钟频率为50 MHz时SFDR为83.9 d B。仿真结果表明,本文设计的DAC能满足光纤陀螺使用要求。
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