基于带通∑△调制器的微陀螺仪数模混合测控电路设计

发布时间：2017-06-28 10:06

  本文关键词：基于带通∑△调制器的微陀螺仪数模混合测控电路设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着微陀螺仪性能的不断提升,对接口电路的要求也不断提升。与模拟接口电路相比,微陀螺仪接口电路的数字化设计可以增加电路的灵活性,减小复杂度。同时,接口电路的集成化设计可以降低电路面积,减小寄生参数的影响,提升系统精度。本文对基于带通∑△调制器的微陀螺仪数模混合驱动回路进行系统级仿真,实现微陀螺仪驱动回路的数字化设计。同时,本文利用0.5umCMOS工艺完成微陀螺仪数模混合电路及其版图设计,电路模块主要包含：开关电容CV接口电路,锁相环电路和四阶带通∑A调制器电路。论文首先综述了微陀螺仪接口电路的集成化、数字化设计的国内外发展现状,为深入进行微陀螺仪数模混合电路的机理分析,可行性论证提供有益的借鉴与指导。其次,本文简要介绍了Nyquist模数转换器和过采样模数转换器的工作原理,并比较了低通∑△调制器和带通∑A调制器的优缺点。在此基础上,确定本文设计的四阶带通调制器的结构为单环负反馈形式。此外,本文对理想带通EA调制器模型进行了行为级建模及仿真,仿真结果表明调制器模型的信噪比约为86.4dB,有效位数约为14位。另外,本文对调制器电路中各种非理想因素进行分析,建立了带通调制器的非理想模型,确定电路设计最优参数。本文还建立了基于带通EA调制器的微陀螺仪数模混合驱动回路系统模型,成功实现微陀螺仪数模混合驱动回路的数字闭环控制,仿真结果表明,微陀螺仪数模混合测控电路方案切实可行。本文还采用时钟自锁定技术,通过比较器和锁相环电路对陀螺仪驱动模态振动信号进行倍频,从而为带通调制器提供系统采样时钟。最后,本文在0.5um的CMOS工艺下,利用Cadence软件对锁相环电路中的鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、无源低通滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)、分频器,带通∑△调制器中的全差分运算放大器(OTA)、比较器、开关、一位DAC反馈电路、时钟电路、带隙基准源,还有开关电容CV接口电路进行设计与仿真验证。通过将所有电路模块联调仿真,得到调制器电路级的信噪比约为74.1dB,有效位数约为12位。
【关键词】：微陀螺仪 带通∑△调制器 锁相环 数模混合电路
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN761
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 研究背景8
• 1.2 国内外研究现状8-16
• 1.2.1 微陀螺仪接口电路研究现状8-12
• 1.2.2 基于∑△调制器惯性传感器接口电路的研究现状12-16
• 1.3 论文研究内容16-17
• 第二章 带通∑△调制器的基本原理17-24
• 2.1 模数转换技术的基本原理17-18
• 2.2 模数转换器介绍18-19
• 2.3 噪声整形技术19-20
• 2.4 低通∑△调制器20-21
• 2.5 带通∑△调制器21-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 基于带通∑△调制器的微陀螺仪数模混合驱动系统24-37
• 3.1 四阶带通∑△调制器的系统级建模及仿真24-26
• 3.2 谐振器模型研究26-31
• 3.2.1 谐振器的z域模型26-27
• 3.2.2 谐振器结构介绍27-29
• 3.2.3 双延时结构电路实现29-31
• 3.2.4 谐振器非理想模型搭建31
• 3.3 四阶带通非理想系统建模及仿真31-34
• 3.4 基于四阶带通∑△调制器的微陀螺仪数模混合驱动回路闭环仿真34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 锁相环电路设计及仿真37-47
• 4.1 电荷泵锁相环的基本原理37-38
• 4.2 电荷泵锁相环环路的组成38-45
• 4.2.1 鉴频鉴相器38-39
• 4.2.2 电荷泵39-40
• 4.2.3 环路滤波器40-42
• 4.2.4 压控振荡器设计42-44
• 4.2.5 分频器设计44-45
• 4.3 锁相环电路整体仿真45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 带通∑△调制器电路设计及仿真47-60
• 5.1 运算放大器设计47-49
• 5.2 自举开关49-50
• 5.3 一位量化器电路50-51
• 5.4 反馈DAC电路51-53
• 5.5 时钟电路53-54
• 5.6 带隙基准电路54-57
• 5.7 调制器整体电路仿真57-59
• 5.8 本章小结59-60
• 第六章 微陀螺仪数模混合电路接口设计60-67
• 6.1 微陀螺仪接口电路60-62
• 6.2 微陀螺仪数模混合电路仿真62-64
• 6.3 系统噪声分析64
• 6.4 版图设计64-66
• 6.4.1 电容的版图设计65
• 6.4.2 输入差分对版图设计65
• 6.4.3 整体电路版图布局65-66
• 6.5 本章小结66-67
• 第七章 总结与展望67-69
• 7.1 总结67
• 7.2 展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间已获科研成果74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 谷庆红;微机械陀螺仪的研制现状[J];中国惯性技术学报;2003年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王冠石;电容式硅微陀螺接口ASIC芯片集成技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 真程程;微陀螺中的单环四阶带通Sigma-Delta调制器设计[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 何世青;一种四阶带通sigma-delta调制器的分析与设计[D];哈尔滨工业大学;2011年

  本文关键词：基于带通∑△调制器的微陀螺仪数模混合测控电路设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：493420