关键词：陀螺接口电路;;Sigma-Delta带通调制器;;C/V变换电路;;锁相环
摘 要：微机械陀螺作为微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,简称MEMS)传感器中的一个重要分支,其性能随着集成电路工艺的发展不断提升,在军用和民用领域都扮演着重要的角色。作为微机械陀螺中的重要组件,陀螺接口电路的主要研究方向是集成化、数字化,相比于模拟接口电路,集成化的数字接口电路可以减少芯片外围器件,降低寄生参数影响,提高系统稳定性和精度。Sigma-Delta ADC(Analog to Digital Converter)在低速高精度数字化输出的陀螺接口电路中被广泛应用,本文设计了基于带通Sigma-Delta调制器的微机械陀螺检测模态电路。论文首先对接口电路的工作原理进行分析,确定检测模态接口电路的结构。电路中使用带通Sigma-Delta调制器实现模拟信号到数字信号的转换,采用自锁定时钟技术提供系统时钟,可与不同驱动频率的陀螺进行连接。检测模态电路中的主要电路模块包括带通Sigma-Delta调制器,锁相环电路,C/V变换电路和数字降采样滤波器。文章对调制器中的非理想因素和噪声源进行了定量理论分析,利用Matlab完成四阶单环反馈Sigma-Delta带通调制器系统级模型的设计与仿真,验证理论分析结果。采用0.35um CMOS工艺完成了带通Sigma-Delta调制器、锁相环、C/V变换电路的电路设计与仿真、版图绘制、后仿真验证,完成数字抽取滤波器的前端设计。仿真环境中,电源电压为5V,输入频率为10k Hz、幅度为-9.5d BFs的信号,后仿真结果显示检测模态电路解调前的信噪比为93.80 d B(带宽100Hz),解调后为96.45 d B(带宽50Hz),动态范围为101d B,1Hz动态范围为110d B,达到了本课题的指标要求。
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