五阶高Q值的∑-△微加速度计系统电路设计

发布时间：2017-10-25 15:01

  本文关键词：五阶高Q值的∑-△微加速度计系统电路设计

  更多相关文章： 高Q值 高阶 微加速度计 Σ-Δ

【摘要】：由于微加速度计在军事和民用价值方面拥有巨大的优势,所以成为各国研究机构和公司研究的热门,是目前被应用最广泛的MEMS集成传感器之一。其中高Q值结构的加速度计具有较低的机械热噪声的特点,在高精度低噪声信号检测领域被广泛应用。随着集成化、智能化、数字化技术的不断提高,高Q值Σ-Δ微加速度计电路具有非常重要的研究意义和应用价值。在过采样率相对较低的情况下,针对低阶结构的高Q值微加速度计电路性能受限于量化噪声的问题,设计了一种高阶结构的高Q值闭环Σ-Δ微加速度计电路,从而大大降低了数字电路基带内的量化噪声。通过比较分析了单反馈和分布式反馈两种拓扑结构的特点,本文采用分布式反馈。在Matlab中的simulink环境下对系统建立非理想化的行为级建模,其中包括开关噪声模型、时钟抖动、运放热噪声等模型。并对理想化的系统进行了大量的行为级仿真其目的是确定积分器的增益系数使系统的信噪比达到最佳,为后级电路设计提供基础。同时还分析了开关噪声、时钟抖动、运放噪声等非理想因素对系统性能的影响。通过对二阶和五阶系统的仿真设置非理想因素模块的参数,确保系统对噪声整形能力具有较好的效果。由于高阶系统都面临稳定性较差的问题,为了保证该高阶系统的稳定性,设计了一种前置相位补偿器电路来提高电学阻尼。利用根轨迹法分析Q值以及补偿深度?对高阶系统的稳定性性能的影响。在理论分析的基础上,设计了一种基于前置补偿器的高Q值的Σ-Δ微加速计度计系统电路,其中包括前置相位补偿电路、电荷放大器、采样保持等关键电路。在250KHz采样频率下输入信号幅度为-7.56dBFS,频率为61.035Hz,带宽为1KHz,信噪比达到了108dB。仿真结果表明,该高Q值高阶结构系统稳定,相对于二阶结构而言对量化噪声的抑制能力大大提高,完成了预期的设计目标。
【关键词】：高Q值 高阶 微加速度计 Σ-Δ
【学位授予单位】：齐齐哈尔大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-21
• 1.3 本课题主要研究内容21-23
• 第二章 Σ-Δ 微加速度计系统的工作原理23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 微加速度计敏感结构的等效数学模型23-25
• 2.3 差分电容检测信号的基本原理25-27
• 2.4 Σ-Δ 调制原理27-31
• 2.4.1 过采样技术27-28
• 2.4.2 噪声整形28-31
• 2.5 数字抽样滤波技术31-32
• 2.6 Σ-Δ 微机械加速度计的基本结构32-34
• 2.8 小结34-35
• 第三章 五阶高Q值的 Σ-Δ 微加速度计系统模型的设计及仿真35-50
• 3.1 引言35
• 3.2 系统结构和参数的设计35-36
• 3.3 Σ-Δ 加速度计系统的离散化36-38
• 3.4 五阶高Q结构的 Σ-Δ 微加速度计参数设计38-40
• 3.5 非理想因素对 Σ-Δ 微加速度计系统的分析40-49
• 3.5.1 理想情况及仿真40-43
• 3.5.2 运放噪声43
• 3.5.3 开关热噪声43-44
• 3.5.4 时钟抖动44-46
• 3.5.5 积分器的非理想特性46-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 五阶高Q值的 Σ-Δ 微加速度计稳定性分析50-58
• 4.1 引言50-52
• 4.2 五阶高Q Σ-Δ 微加速度计的稳定系分析52-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 五阶高Q值的 Σ-Δ 微加速度计系统电路设计58-73
• 5.1 引言58
• 5.2 高Q值的电路模型58-60
• 5.3 电荷放大器的设计60-62
• 5.4 相位补偿电路设计62-63
• 5.5 采样保持63-64
• 5.6 单位增益缓冲器64-67
• 5.7 三阶 Σ-Δ 调制器67
• 5.8 时钟产生电路67-69
• 5.9 五阶高Q值的 Σ-Δ 微加速度计电路仿真69-72
• 5.10 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况78-79
• 致谢79-80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 贺玲,薛大同,雷军刚,郝一龙,董海峰;隧道式硅微加速度计的设计和制作[J];传感器技术;2003年12期

2 刘宗林,李圣怡,吴学忠;新型三轴微加速度计设计[J];传感技术学报;2004年03期

3 李圣怡,刘宗林,吴学忠;微加速度计研究的进展[J];国防科技大学学报;2004年06期

4 单光宝,阮晓明,姚军,耿增建;悬臂梁式硅微加速度计的研制[J];电子元件与材料;2005年05期

5 俞必强;翁海珊;李疆;;微加速度计粘附问题的研究及应用[J];传感器与微系统;2006年06期

6 潘武;张昱;;力平衡式三轴微加速度计的设计与分析[J];纳米技术与精密工程;2006年02期

7 高健飞;熊继军;郭涛;范波;;微加速度计在冲击环境下的可靠性研究[J];传感技术学报;2008年02期

8 王世涛;贾玉斌;张斌珍;黄钦文;郝一龙;;微加速度计冲击可靠性及防护[J];传感技术学报;2010年12期

9 代刚;李枚;杜连明;何晓平;苏伟;邵贝贝;;微加速度计启动漂移特性研究与实验[J];传感技术学报;2011年10期

10 周华,沈连官,尤辉,李川奇;电容式微加速度计结构的建模及仿真[J];光学精密工程;1999年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 杨慧;郭航;;压电式微加速度计的研究[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年

2 邢朝洋;王巍;徐宇新;邱飞燕;徐杰;;宇航用硅微加速度计工程化研究[A];2010年惯性技术 发展动态 发展方向研讨会文集[C];2010年

3 何晓平;张德;文贵印;;“叉指”结构微加速度计的系统设计[A];中国工程物理研究院科技年报（2002）[C];2002年

4 何胜;赵采凡;王巍;朱红生;;“三明治式”硅微加速度计工程化研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年

5 李圣怡;刘宗林;吴学忠;;微加速度计的发展[A];全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集（二）[C];2004年

6 胡莉;李茜;;微加速度计[A];中国自动化学会、中国仪器仪表学会2004年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2004年

7 鲍海飞;陆德仁;;高量程微加速度计的冲击标定[A];第一届长三角地区传感技术学术交流会论文集[C];2004年

8 黄书琴;郝永平;王世军;;电容微加速度计结构参数优化设计[A];中国传感器产业发展论坛暨东北MEMS研发联合体研讨会论文集[C];2004年

9 何晓平;;抗7400g冲击的静电伺服微加速度计[A];中国工程物理研究院科技年报（2000）[C];2000年

10 何胜;赵采凡;朱红生;王岩;;硅微加速度计微敏感结构设计与研制[A];2001年飞行器惯性器件学术交流会论文集[C];2001年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 刘晓e，

本文编号：1094225