硅微谐振式加速度计闭环振荡系统稳定性研究

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1、分类号密级ＵＤＣ＾＿犬學ＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ领士学位论文石圭微谐振式加速度计闭环振荡系统稳定性研究（题名和副题名）徐佩文（作者姓名）指导教师姓名袭安萍教授夏国明讲师学位类别工学领士学科名称机械电子工程研究方向微机电系统论文提交时间２０１５年３月注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。领士学位丈娃微谐振式加速度计闭环振荡系统稳定性研究作者：徐佩文指导教师：袭安萍教授

2、夏国明讲师南京理工大学２０１５年３月Ｐｈ．Ｍ．Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ－ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｓｔｅｍｆｏｒＭｉｃｒｏｓｉｌｉｃｏｎｒｅｓｏｎａｎｔｙａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒＢｙＸｕＰｅｉｗｅｎＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＰｒｏｆ．ＱｉｕＡｎｐｉｎｇ＆ＸｉａＧｕｏｍｉｎｇＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｊｇｙｇｙＭａｒｃｈ，２０１５声明本学位论文是我

3、在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的一材料。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：备年｝月／ｅ日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存。对于保密论文，、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容按保密的有关规定和程序处理。、＾

4、研宄生签名：年］月＾０＃养／硕士学位论文桂微谐振式加速度计闭环振荡系统稳定性研宄摘要一种基于ＭＥＭＳ技术的新型微惯性器件桂微谐振式加速度计是，它具有体积小、功耗低一、灵敏度高、测量动态范围大等特点，是种适用于高精度导航系统的加速度计，具有广泛的应用前景。然而对比国内外研究现状可以发现，目前国内研制的桂微谐振式加速度计在稳定性指标上仍与国外领先水平存在一定差距。为此本文围绕桂微谐振式加速度计振荡电路稳定性展幵研究工作，主要包括加速度计机电接口建模、基于非线性控制的闭环振荡电路幅度控制方法、振荡器相位稳定性分析和电

5、路设计等内容。首先，分析了桂微谐振式加速度计的工作原理，阐述了加速度计的信号转化机制，推导了谐振器的等效电路参数。在分析了寄生电容对加速度计的影响的基础上，使用环形二极管接口电路来代替传统的跨阻式接口电路，对接口电路进行改进。在此基础上，完成了基于Ｃａｄｅｎｃｅ软件的加速度计机电接口等效模型的建立，实现加速度计和振荡电路的闭环仿真。其次，研宄了基于非线性控制理论的闭环振荡幅度控制方法，分析了影响幅值的主要因素，针对位移控制的新型接口电路，建立整个振荡电路关于幅度的闭环控制模型。研究了基于自动增益控制原理的幅度控制具体实现

6、方法，并分析其对幅度噪声的影响。第三，阐述了电噪声对载波信号相位干扰的机理，分析了由振荡器中线性和非线性两方面因素导致的相位噪声，并通过实验验证了接口噪声和谐振器振幅对相位噪声的影响一，进步指导振荡电路的设计。最后，在上述研究内容的基础上，完成桂微谐振式加速度计振荡电路的优化设计，并根据ＩＥＥＥ加速度计测试标准对加速度计整表进行了综合性能测试。测试结果表明，？整表的ｌａ零偏稳定性达到５１．２ｘ达到２８．２ｍ，零偏不稳定性为４．８ａ，，标度因数稳定性｜ｇｐｐ｜ｇｌｌＯＯＨｚ带宽内加速度计的分辨率为１５．９ｌ／Ｈｚ气综合性能测试

7、获取了加速度计整表的性＾ｇ能参数，为后续的设计改进提供了依据。关键词：鞋微谐振式加速度计，非线性，幅度控制，相位噪声ＩＡｂｓｔｒａｃｔ硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＭｉｃｒｏＳｉｌｉｃｏｎｒｅｓｏｎａｎｔａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｉｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｍｉｃｒｏｉｎｅｒｔｉａｌｄｅｖｉｃｅｗｈｉｃｈｂａｓｅｄｏｎＭＥＭＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｈａｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｓｕｃｈａｓｓｍａｌｌｖｏｌｕｍｅ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｓｅｎｓｉ

8、ｔｉｖｉｔｙａｎｄｌａｒｅｄｎａｍｉｃｒａｎｅａｎｄｓｏｏｎｗｈｉｃｈｉｓｓｕ