MEMS数字陀螺中Zoom型模数转换器的设计
发布时间：2022-01-25 18:52
近年来,随着物联网、智能设备、精确信号测量等方面的飞速发展,高精度的MEMS（Micro Electro-Mechanical Systems）数字陀螺仪开始被广泛应用于各种便携式检测设备中,电子设备对于MEMS数字陀螺及其接口电路的性能要求也随之提高。接口电路内部模数转换器（ADC）开始成为制约传感器性能的瓶颈,传统类型的ADC无法兼顾精度与功耗而不再适用,对于符合要求的新型ADC的研究变得越来越重要。本文将新型的Zoom型ADC结构应用到MEMS陀螺仪领域中,扩展了该领域可利用的ADC类型。首先,着重研究Zoom型ADC及其内部逐次逼近（SAR）型ADC与Sigma-Delta调制器的工作原理,分析Zoom型ADC与其他类型的差别及各自优缺点;其次,在MATLAB环境中利用simulink仿真软件对Zoom型ADC进行了系统建模与仿真,确定系统方案并验证其可行性;再次,对实际电路中可能出现的噪声等各种非理想因素进行了定性研究与定量分析,确定影响整体性能的主要因素,通过非理想模型仿真确定各单元模块的电路设计指标;最后,根据系统级仿真得到的电路参数,确定符合要求的具体电路结构,基于0....
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
文献[10]中Zoom型ADC的电路结构图
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文3图1-2文献[10]中Zoom型ADC测量输出频谱图Fig.1-2MeasurementoutputspectralplotofZoomADCinReference[10]2017年，荷兰代尔夫特科技大学的Fabio课题组，在延世大学的项目基础上对Zoom型ADC做出了进一步改进，提出了动态Zoom型ADC。将SARADC与Sigma-Delta调制器的工作方式由串行分时工作改进为并行同时工作，这一改进很大程度地扩展了Zoom型ADC能够处理的最大信号带宽，使其能够应用在音频传感器领域[11]。该设计内部采用5位同步SARADC搭配三阶Sigma-Delta调制器方案，采用0.18um工艺设计实现，整体电路结构如图1-3所示。在1.8V电源电压下，对20K信号带宽的交流输入信号能够实现106dB的信噪比，109dB的动态范围，整体功耗仅为1.12mW，其测量输出频谱图如图1-4所示。图1-3文献[11]中动态Zoom型ADC的电路结构图Fig.1-3CircuitstructureofZoomADCinReference[11]
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文3图1-2文献[10]中Zoom型ADC测量输出频谱图Fig.1-2MeasurementoutputspectralplotofZoomADCinReference[10]2017年，荷兰代尔夫特科技大学的Fabio课题组，在延世大学的项目基础上对Zoom型ADC做出了进一步改进，提出了动态Zoom型ADC。将SARADC与Sigma-Delta调制器的工作方式由串行分时工作改进为并行同时工作，这一改进很大程度地扩展了Zoom型ADC能够处理的最大信号带宽，使其能够应用在音频传感器领域[11]。该设计内部采用5位同步SARADC搭配三阶Sigma-Delta调制器方案，采用0.18um工艺设计实现，整体电路结构如图1-3所示。在1.8V电源电压下，对20K信号带宽的交流输入信号能够实现106dB的信噪比，109dB的动态范围，整体功耗仅为1.12mW，其测量输出频谱图如图1-4所示。图1-3文献[11]中动态Zoom型ADC的电路结构图Fig.1-3CircuitstructureofZoomADCinReference[11]
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机电系统的发展与应用[J]. 冯帆. 科技创新与应用. 2015(19)
[2]微机电系统的研究与展望[J]. 陈勇华. 电子机械工程. 2011(03)
[3]MEMS音叉式振动陀螺仪的动态特性研究[J]. 郭秋芬,孙枫,苗成义,李俊山. 仪器仪表学报. 2006(S2)
博士论文
[1]基于逐次逼近结构的高速低功耗模数转换器研究[D]. 李冬.东南大学 2017
[2]髙速低功耗逐次逼近式ADC研究与实现[D]. 卢宇潇.上海交通大学 2014
[3]高精度Sigma-Delta调制器研究及ASIC实现[D]. 曹桂平.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]微惯性测量单元中Zoom型模数转换器芯片设计[D]. 白玮.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于带通调制器的微机械陀螺检测模态电路设计[D]. 王野.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于多位量化Sigma-Delta调制器的设计与性能优化[D]. 赵小松.哈尔滨工业大学 2018
[4]隧穿式磁阻传感器接口ASIC芯片设计[D]. 张文博.哈尔滨工业大学 2017
[5]数字陀螺Sigma-Delta调制器的设计[D]. 闫冬.哈尔滨工业大学 2016
[6]TMR传感器中高精度多位量化Sigma-Delta调制器的设计[D]. 刘达.哈尔滨工业大学 2016
[7]缩放式模数转换器（Zoom ADC）的研究和设计[D]. 陈锦锋.福州大学 2014
[8]基于BJT的温度传感器的研究与设计[D]. 杨凡.复旦大学 2014
[9]16位1MS/s CMOS SAR A/D转换器设计及校准技术[D]. 宋孝立.西安电子科技大学 2014
[10]10位CMOS流水线型ADC中的低功耗设计[D]. 霍增.长春理工大学 2008
本文编号：3609037
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
文献[10]中Zoom型ADC的电路结构图
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文3图1-2文献[10]中Zoom型ADC测量输出频谱图Fig.1-2MeasurementoutputspectralplotofZoomADCinReference[10]2017年，荷兰代尔夫特科技大学的Fabio课题组，在延世大学的项目基础上对Zoom型ADC做出了进一步改进，提出了动态Zoom型ADC。将SARADC与Sigma-Delta调制器的工作方式由串行分时工作改进为并行同时工作，这一改进很大程度地扩展了Zoom型ADC能够处理的最大信号带宽，使其能够应用在音频传感器领域[11]。该设计内部采用5位同步SARADC搭配三阶Sigma-Delta调制器方案，采用0.18um工艺设计实现，整体电路结构如图1-3所示。在1.8V电源电压下，对20K信号带宽的交流输入信号能够实现106dB的信噪比，109dB的动态范围，整体功耗仅为1.12mW，其测量输出频谱图如图1-4所示。图1-3文献[11]中动态Zoom型ADC的电路结构图Fig.1-3CircuitstructureofZoomADCinReference[11]
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文3图1-2文献[10]中Zoom型ADC测量输出频谱图Fig.1-2MeasurementoutputspectralplotofZoomADCinReference[10]2017年，荷兰代尔夫特科技大学的Fabio课题组，在延世大学的项目基础上对Zoom型ADC做出了进一步改进，提出了动态Zoom型ADC。将SARADC与Sigma-Delta调制器的工作方式由串行分时工作改进为并行同时工作，这一改进很大程度地扩展了Zoom型ADC能够处理的最大信号带宽，使其能够应用在音频传感器领域[11]。该设计内部采用5位同步SARADC搭配三阶Sigma-Delta调制器方案，采用0.18um工艺设计实现，整体电路结构如图1-3所示。在1.8V电源电压下，对20K信号带宽的交流输入信号能够实现106dB的信噪比，109dB的动态范围，整体功耗仅为1.12mW，其测量输出频谱图如图1-4所示。图1-3文献[11]中动态Zoom型ADC的电路结构图Fig.1-3CircuitstructureofZoomADCinReference[11]
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机电系统的发展与应用[J]. 冯帆. 科技创新与应用. 2015(19)
[2]微机电系统的研究与展望[J]. 陈勇华. 电子机械工程. 2011(03)
[3]MEMS音叉式振动陀螺仪的动态特性研究[J]. 郭秋芬,孙枫,苗成义,李俊山. 仪器仪表学报. 2006(S2)
博士论文
[1]基于逐次逼近结构的高速低功耗模数转换器研究[D]. 李冬.东南大学 2017
[2]髙速低功耗逐次逼近式ADC研究与实现[D]. 卢宇潇.上海交通大学 2014
[3]高精度Sigma-Delta调制器研究及ASIC实现[D]. 曹桂平.中国科学技术大学 2012
硕士论文
[1]微惯性测量单元中Zoom型模数转换器芯片设计[D]. 白玮.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于带通调制器的微机械陀螺检测模态电路设计[D]. 王野.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于多位量化Sigma-Delta调制器的设计与性能优化[D]. 赵小松.哈尔滨工业大学 2018
[4]隧穿式磁阻传感器接口ASIC芯片设计[D]. 张文博.哈尔滨工业大学 2017
[5]数字陀螺Sigma-Delta调制器的设计[D]. 闫冬.哈尔滨工业大学 2016
[6]TMR传感器中高精度多位量化Sigma-Delta调制器的设计[D]. 刘达.哈尔滨工业大学 2016
[7]缩放式模数转换器（Zoom ADC）的研究和设计[D]. 陈锦锋.福州大学 2014
[8]基于BJT的温度传感器的研究与设计[D]. 杨凡.复旦大学 2014
[9]16位1MS/s CMOS SAR A/D转换器设计及校准技术[D]. 宋孝立.西安电子科技大学 2014
[10]10位CMOS流水线型ADC中的低功耗设计[D]. 霍增.长春理工大学 2008
本文编号：3609037
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