数字硅陀螺接口电路系统的设计与验证

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1、硕士学位论文数字硅陀螺接口电路系统的设计与验证DENSIGNANDVALIDATIONOFTHEINTERFACECIRCUITSYSTEMINDIGITALSILICONGYROSCOPE车继鹏哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN492学校代码：10213国际图书分类号：681密级：公开工学硕士学位论文数字硅陀螺接口电路系统的设计与验证硕士研究生：车继鹏导师：李晓明讲师申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：航天学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP392U.D.C:681Dissertat

2、ionfortheMasterDegreeinEngineeringDENSIGNANDVALIDATIONOFTHEINTERFACECIRCUITSYSTEMINDIGITALSILICONGYROSCOPECandidate：CheJipengSupervisor：Prof.LiXiaomingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefe

3、nce：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高精度陀螺作为惯性器件在军事航天等领域具有关键性的作用，数字化接口电路可有效弥补陀螺机械敏感结构在加工过程中产生的非理想因素，本文便面向微机械硅陀螺进行数字化接口电路系统的设计与验证。本文根据C/V转换电路，Sigma-DeltaAD转换器过采样技术、噪声整形技术与降采样滤波技术的工作原理，针对MEMS陀螺微机械结构进行接口电路系统的总体方案设计。其中调制器模块基于四阶前馈Sigma-Delta调制器

4、围绕设计，并且针对调制器完成了三级级联结构的降采样低通滤波器设计，三级结构包括级联积分梳状滤波器、CIC补偿滤波器和半带滤波器，并将数字抽取滤波方案进行C语言与汇编语言编程实现且进行功能性验证，移植至数字信号处理模块单元。系统硬件围绕调制器模块与数字信号处理模块进行设计，数字信号处理模块以数字信号控制器为核心搭建设计，完成DSV浮点数库计算函数的移植，工业级RS485与SPI通讯接口开发，测试ADC模块带宽达到1kHz；系统温度补偿方案经过分析以微机械陀螺结构的驱动频率为输入源，采用全温补的方式对系统的数字输出进行温度补偿，温补后带宽为500Hz。针对实际需求进行用户上位

5、机软件开发，对输出数据进行CRC校验保证准确性，实时进行角速度的显示监测与数据保存。最后对接口电路系统进行功能与性能测试，经实验测试，ADC模块信噪比100.4dB，有效位数为16位；数字硅陀螺系统线性度0.00042，零偏稳定性16.48/hr，全温零偏稳定性207.8/hr，达到工业级需求。关键词：硅陀螺；接口电路；数字电路；温度补偿I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsaninertialdevicethehighprecisiongyroplayakeyroleinthefieldofmilitaryaerospace,digitalinterf

6、acecircuitcaneffectivelycompensatethenon-idealfactorsofsensitivestructuresinmechanicalgyroscopeproducedinthemachiningprocess，thisarticleisgearedtotheneedsofsiliconmicromechanicalgyro,makethedesignandvalidationforthedigitalinterfacecircuitofsystem.BasedontheC/Vconvertingcircuit,theSigma-De

7、ltaADconverteroversamplingtechnology,noiseshapingtechnologyandtheworkingprincipleofthesamplingfiltertechnology,wemakethedesignofinterfacecircuitsystemfortheMEMSgyro;AroundtheC/Vconvertingcircuit,modulatormoduleanddigitalsignalprocessingmodule,makethehardwareandsoftw