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电容式微机械陀螺外围接口电路的设计与测试

赵幸娟  
【摘要】:作为角速度测量系统,微机械陀螺仪测量系统在军事与民事中得到广泛应用,并具有广阔的发展与应用前景,其外围接口电路性能直接影响微机械陀螺仪系统的测量精度,因此本文主要针对电容式微机械陀螺仪外围接口电路展开研究,其中包括驱动电路与检测电路两部分。 论文首先对微机械陀螺仪的国内外发展现状、发展趋势以及外围接口电路进行了初步研究,阐述了论文的意义与本论文所进行的主要工作。然后,根据动力学方程,建立了微机械陀螺仪的驱动与检测电学模型,利用Pspice仿真软件进行仿真分析,通过对驱动、检测电学模型进行的交流小信号以及瞬态分析模拟,分析了陀螺灵敏度和带宽等性能,并对陀螺驱动频率、模态匹配电压等工作参数进行了优化。 在理论研究的基础上,设计了开环驱动电路与闭环自激驱动电路,并进行了自激驱动电路的设计、仿真与测试,然后结合微机械陀螺的Pspice驱动等效电学模型,验证了电路的可行性。 接下来,进行了检测电路设计与测试。首先设计了静态小电容检测电路,利用电容串联的方法验证了该差分电容检测电路的可行性,测试过程中,电容测试精度为10-17F。当静态电容检测电路的性能得到验证后,将电路进行改进,得到动态电容检测电路,并进行仿真验证。 最后,为了实现电路的集成与优化,本文进行了厚膜混合集成电路实验,将驱动与检测电路进行集成,并对集成电路进行了验证分析,其测试精度有一定程度提高。


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