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电容式微机械陀螺电路设计与测试技术

郭俊敏  
【摘要】: 基于MEMS技术加工的微机械陀螺具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点,当前在许多领域具有非常广阔的应用前景。然而,在国内由于加工工艺以及接口电路等条件的限制,微机械陀螺性能还普遍偏低,正处于研究发展阶段。本文以北京微电子技术研究所自行研发设计的803陀螺为研究对象,分析其结构及特性,探讨了其接口电路的设计,设计驱动及检测电路并对陀螺裸芯片进行了测试。同时进一步研究了接口电路板小型化,为今后陀螺产品化做好准备。 本文的工作主要包括以下几个方面: (1)结合陀螺理论分析了803微机械陀螺的特性,推导得出了陀螺驱动模态和检测模态运动规律的数学表达式。 (2)着重研究了陀螺驱动电路的分析与设计。设计了采用正弦波加直流分量的开环驱动电路,在开环驱动的基础上,重点探讨了采用文氏电桥的闭环驱动电路设计。使用Multisim软件对关键模块进行了仿真验证。 (3)在分析微弱信号检测原理的基础上,设计了陀螺角速度检测电路。重点分析如何设计适合陀螺检测信号的带通滤波电路,使通带平坦减少误差。对解调电路重点分析了同步解调实现方式,比较了不同实现的差异。 (4)提出了陀螺裸芯片测试方案,对裸芯片进行了驱动测试,提取验证陀螺的固有频率及Q值等参数。 (5)对接口电路进行合理调整,使用PCB软件Pads Layout 2007对电路板进行布局布线使其小型化,对小型化电路板进行调试和验证。


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