硅微陀螺仪数字化信号处理电路关键技术分析

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1、摘要硅微机械陀螺仪是一种新型的微惯性传感器，与传统的陀螺仪相比，不仅具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点，而且更易于实现数字化和智能化，因此，其在国民经济和国防军事等领域都有着重要的应用价值和广阔的应用前景。本文以课题组自行设计的双线振动硅微机械陀螺仪为研究对象，针对其传统模拟信号处理电路调试复杂、易受干扰、灵活性差等缺点，开展陀螺仪数字化信号处理电路关键技术的研究，研究工作主要包括以下几个方面：(1)在分析双线振动硅微机械陀螺仪驱动和检测模态的运动模型及其外围信号处理电路设计要求的基础上，

2、设计了陀螺仪数字化读出系统的结构框架；(2)在分析硅微机械陀螺仪驱动模态相位闭环和幅度闭环基本原理的基础上，深入研究并设计了数字锁相环(PLL)和数字自动增益控制(AGC)等关键模块，实现了驱动模态的稳频和恒幅控制；(3)针对硅微机械陀螺仪的检测模态，分析了相敏解调、PLL同步解调和最小均方误差解调(LMSD)的优缺点，着重研究并实现了LMSD算法，实验结果表明本算法解调精度高、速度快；(4)完成了以FPGA和高精度AD、DA转换芯片为核心的数字化信号处理电路硬件设计，并实现了小型化；(5)对上述

3、各功能模块及硅微机械陀螺仪的数字读出系统进行了Simulink仿真，验证了软件实现的数字算法。完成了各功能模块及驱动环路的调试和试验，验证了本文所设计软硬件的正确性。本文对硅微机械陀螺仪数字化信号处理电路关键技术的研究，对于提高硅微机械陀螺仪的性能，促进其应用有重要意义。”关键词：硅微机械陀螺仪；驱动环路；数字信号处理；数字锁相环；现场可编程门阵列东南大学硕士学位论文ABSTRACTTheSiliconMicro-machinedGyroscope(SMG)isanewtypeofmicroine

4、rtialsol!sot．Comparedwithtraditionalgyroscope，itnotonlyhasthemeritsofsmallvolume，lightweight，lowpowerconsumptionandhighreliabilityandSOon，butalsoiseasytoachievedigitalandintelligent．Therefore，ithastheimportantapplicationvalueandwideapplicationprospect

5、sinthecivilandmilitaryareas．InconsiderationofthefactthatthetraditionalanalogsignalprocessingcircuitofSMGishardtobeadjusted，liabletobeinterferencedandpoorlyflexible，thisthesisconcentratesonthekeytechnologyresearchofdigitalsignalprocessingcircuitfortheS

6、MGdevelopedbyselfandthemainresearchcontentsincludethefollowingaspects：(1)onthebasisofanalyzingthemotionmodelsoftheSMG’SdrivemodeandSenSemodeaswellastheperipheralsignalprocessingcircuitrequirementsoftheSMGthestruetumlflamingofdigitalreadoutsystemforSMG

7、isdesigned．(2)Onthebasisofanalyzingphaseandamplitudeclosed-loopprincipleoftheSMG’Sdriveloop，keymodulessuchasdigitalPLL(PhaseLockLoop)andAGC(AutomaticGainContr01)arethoroughlyresearchedanddesigned，inordertoachievestablefrequencyandconstantamplitudecont

8、rolofthedriveloop．‘(3)OnaccountofthedetectionofSMC‘themeritsanddemeritsofphasesensitivedemodulation，PLLsynchronousdemodulationandLMSDOeastmeansquaredeviation)demodulationaleanalyzedandLMSDalgorithmisstudiedandrealized．Experimentresulthasproved