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音叉电容式微机械陀螺接口电路设计研究

蒋庆华  
【摘要】: 微机械陀螺和传统陀螺相比具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点,在众多领域具有广阔的应用前景。微机械陀螺采用集成电路工艺和微细加工技术制造,尺寸微小,驱动和检测困难,目前接口电路的研究是微机械陀螺研究的重点和难点。本文针对音叉电容式微机械陀螺的接口电路设计、稳幅谐振、微弱信号检测和处理等问题开展研究。 1.设计了音叉电容式微机械陀螺开环和闭环两种驱动电路。开环电路采用方波加直流偏置的等效交流电压驱动陀螺振动,通过模拟分析了方波驱动形式对陀螺振动的影响;结合开环驱动电路,提出了闭环驱动电路方案。闭环驱动电路基于锁相原理,采用专业锁相环芯片,进一步提高了陀螺驱动模态的谐振性。 2.对小电容检测电路进行了研究。介绍了MEMS领域最常见的缓冲器电容检测方案和电荷放大器电容检测方案。重点分析了电荷放大器电容检测方案的误差源,并且给出了误差避免的措施和运算放大器的选择原则。 3.设计了音叉电容式微机械陀螺检测电路。电容检测电路采用电荷放大器方案,并且对其进行了改进;对电容检测电路的输出信号进行了分析,设计了信号检测电路,有效的分离出了输入角速度。 经过对电路性能的分析、陀螺主要参数的估算,确定所设计的电 一几}北邢业人学学位论义 路可以达至fJ基本要求。


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