论文部分内容阅读
振动式微机械陀螺仪由于其体积小、重量轻、功耗和成本低等优点,已被广泛应用于汽车电子、消费电子和惯性制导等领域。本文针对此类微陀螺传感器的接口电路芯片的设计技术进行了深入的研究与实践,旨在实现高性能集成化的微陀螺仪。 提出了一种AGC-PI结构闭环驱动电路中幅度控制环路的线性化设计方法,包括建立环路的线性模型、提出环路的优化方法和探讨环路设计过程中系统参数的选取方法,为AGC-PI结构的闭环驱动电路的设计提供了理论基础,并通过实验验证了环路优化方法的正确性。 机械正交误差是微陀螺传感器的一项重要的非理性因素。本文分析和对比了现有的机械正交误差补偿方法,并对同步解调法中的相移因素进行了理论分析,为解调信号相位矫正电路的设计提供了理论基础。 研究了电容式微陀螺中寄生跨接电容引入的两种主要的负面效应,包括阻止“电学-机械”振荡的发生以及引发“电学振荡”。通过理论推导给出了最大允许的寄生跨接电容的表达式。通过理论分析给出了避免电学振荡发生的电路解决方案,并验证了方案的正确性。 提出一种基于电阻互补温度系数的温度补偿技术和一种解调信号相位矫正电路,设计并实现了一款针对电容式微陀螺的接口电路芯片。读出电路采用全差分跨阻放大器结构优化噪声性能,获得了0.63aF/rtHz的等效输入电容噪声。基于所提出的温度补偿技术,对跨阻放大器进行了温度补偿设计,从而将驱动轴振动速度幅值的温漂系数从补偿前的1640ppm/℃降低到了114ppm/℃。设计了一种解调信号相位矫正电路,其相位调节与微陀螺谐振频率无关且调节精度优于1°,从而可产生严格的正交解调信号,消除机械正交信号的干扰。微陀螺系统的噪声水平达到了0.01°/s/rtHz,量程为±200°/s,非线性为2‰。 设计并实现了一款微陀螺多模接口电路芯片。芯片可适用于静电驱动电容检测,电磁驱动电容检测和电磁驱动电磁检测的三种振动式微陀螺。完成了接口电路芯片与电磁驱动电容检测和静电驱动电容检测两款微陀螺的实验验证。