基于直流驱动的微机械陀螺ASIC电路关键模块研究

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论文在充分调研国内外微机械陀螺及检测电路研究现状的基础上,对比以往交流检测方案,提出了结构简单、带有消除正交耦合功能的直流检测方案,对直流检测原理和消除正交耦合原理进行了理论推导,完成了电路设计和仿真、版图设计,通过将完成流片的电路芯片与几种陀螺进行联合测试,验证了ASIC检测电路的电荷放大功能和消除正交耦合功能。  论文首先对陀螺检测电路中通常采用的电桥电压放大器、跨阻放大器、开关电容电路等结构原理进行了分析,并结合具体实现电路分析了优缺点,在此基础上提出直流检测方案,对直流检测原理进行理论推导,并对比分析该方案特点。之后对振动式微机械陀螺工作过程中存在的耦合进行了分析,说明了电路消除正交耦合的原理。  论文对微机械陀螺ASIC检测电路进行了详细介绍,主要介绍了放大部分的运放设计和输出缓冲放大器的运放设计,给出了管子的设计参数和cadence仿真结果。并对消正交耦合输入控制端的设计进行了详细说明,对输出缓冲放大器的设计原理和运放的设计技巧进行了介绍,最后给出了整体电路的版图设计。  论文给出了为电路测试设计的具有隔离电极的PCB板,并对测试原理、测试方法和测试步骤给出了详细说明。分别对几种陀螺和本文中设计完成的陀螺ASIC检测电路进行了联合测试,给出了测试结果,并进行了对比分析。最后对消除正交耦合功能进行了验证,测试结果显示了随着消耦合电容变化,消耦合效果的变化,并给出了消耦合效果最佳时,检测耦合信号有了大约10dB的衰减。论文对后续直流检测方案中所用的逐渐逼近ADC进行了设计,从设计原理到核心模块管子参数的选取给出了理论分析,并针对每个模块进行了Cadence仿真,验证了电路功能的正确性,最后给出了整体电路的仿真结果,为后续的版图设计和流片测试做好了铺垫。
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