用于数字陀螺系统中驱动环路电路设计与实现

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1、硕士学位论文用于数字陀螺系统中驱动环路电路设计与实现DESIGNANDREALIZATIONOFADIGITALCLOSED-LOOPDRIVINGCIRCUITFORMICROMACHINEDGYROSCOPE许晓东哈尔滨工业大学2016年6月1国内图书分类号：TN432学校代码：10213国际图书分类号：621.3.049.774密级：公开工程硕士学位论文用于数字陀螺系统中驱动环路电路设计与实现硕士研究生：许晓东导师：刘晓为教授申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：微电子科学与技术系答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学2Classified

2、Index:TN432U.D.C:621.3.049.774DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDREALIZATIONOFADIGITALCLOSED-LOOPDRIVINGCIRCUITFORMICROMACHINEDGYROSCOPECandidate：XuXiaodongSupervisor：Prof.LiuXiaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：IntegratedCircuitsProjectAffiliat

3、ion：Dept.ofMicroelectronicsScienceandTechnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology3哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要现阶段的导航系统以卫星导航为主体，但卫星导航系统的固有缺陷和易受人为干扰等缺点已不能满足日益增长的对导航系统精度、可靠性等方面的要求，因此需要高性能的自主导航定位系统来补充甚至在某些领域取代卫星导航系统。以陀螺和加速度计为主体的惯性导航系统是补充甚至取代卫星导航系统的绝佳选择。随着M

4、EMS技术的发展，微机械陀螺已经成为陀螺技术的发展趋势之一。目前国外公司已经成功完成了陀螺的产品化，并把持着世界陀螺市场，而国内鲜少有能与之比肩的陀螺产品。当前国内的一些高校和科研机构在陀螺结构和模拟外围接口电路的研究方面已经取得了优异的成果，但是模拟的陀螺接口电路具有模拟电路固有的附加噪声、温度漂移和难自检测、难自校准等缺点。使用数字电路可以解决上述的问题。因此开展陀螺接口电路数字化的工作是十分必要的。由于驱动电路的ASIC实现周期较长，本课题设计了一种基于单片机的微机械硅陀螺的数字化驱动电路作为驱动电路设计方案可行性的验证，用于确保驱动电路ASIC实现的成功率。本

5、文所设计的电路包括相位控制和幅值控制两个回路，相位控制回路用于跟踪、控制陀螺驱动信号和电荷放大器输出信号之间的相位，使陀螺驱动频率跟踪其驱动模态的固有频率，从而在检测方向获得最大的灵敏度；幅值控制回路用于控制驱动环路的振幅，使驱动环路保持稳定。本文主要设计驱动电路中的DDS模块、相位差计算模块、信号幅值计算模块、幅值控制环路和相位控制环路的PID模块，并对上述模块分别进行了simulink建模和仿真。在此基础上搭配陀螺表头的simulink模型对整个陀螺系统进行了simulink仿真，仿真结果满足设计要求。在simulink仿真的基础上进行了PCB板的绘制，搭建了该系

6、统的硬件电路，分别对各个模块和陀螺系统整体进行测试，测试结果证明了该设计方案实现了对相位和幅值的跟踪控制。其中DDS模块能正常输出8kHz的正弦信号，其频率分辨率小于0.1Hz，相位差误差小于1°。关键字：陀螺接口电路；直接数字式频率合成器；相位差-4-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractNowadays,satellitenavigationsystemisthemainbodyofthenavigationsystem.Butsatellitenavigationsystemhasitsowninherentflawsandothershortcomin

7、gs.Soitcan’tmeetthegrowingdemandfornavigationsystemaccuracyandreliabilityrequirementsinsomeareas.Anewautonomousnavigationsystemwithhigh-performanceisrequiredtosupplementorevenreplacethesatellitenavigationsystemsinsomeareas.Inertialnavigationsystemwhichisconsistofgyroandaccelero