电容式微机械陀螺自激驱动ASIC电路设计

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1、硕士学位论文电容式微机械陀螺自激驱动ASIC电路设计DESIGNOFSELF-EXCITEDDRIVINGASICCIRCUITFORCAPACITANCEMICRO-MACHINEDGYROSCOPE雷龙刚哈尔滨工业大学2009年6月国内图书分类号：TN432学校代码：10213国际图书分类号：621.3.049.774密级：公开硕士学位论文电容式微机械陀螺自激驱动ASIC电路设计硕士研究生：雷龙刚导师：谭晓昀教授申请学位：工学硕士学科、专业：微电子学与固体电子学所在单位：微电子科学与技术系答辩日期：2009年6月29日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN43

2、2U.D.C.:621.3.049.774DissertationfortheMaster'sDegreeinEngineeringDESIGNOFSELF-EXCITEDDRIVINGASICCIRCUITFORCAPACITANCEMICRO-MACHINEDGYROSCOPECandidate:LonggangLeiSupervisor:Prof.XiaoyunTanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：Dep

3、t.ofMicroelectronicsScienceandTechnologyDateofDefence:June,2009Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着微电子工艺的发展，传感器向着微型化设计发展。它们已经影响着人们的生活。电容式微机械陀螺作为一种微传感器，具有体积小、可靠性高、成本低、可批量生产等优点，在工业、航空航天、汽车、电子等领域得到广泛应用。随着科技的进步，高性能微机械陀螺成为市场主要需求产品。但是采用分离器件实现的微陀螺接口电路是高性能微机械陀螺发展的主要

4、瓶颈。同时，微机械陀螺驱动电路产生的驱动信号性能也影响着微机械陀螺的灵敏度和检测精度。针对这些不足，本论文主要研究电容式微机械陀螺驱动电路ASIC设计。在掌握微陀螺原理基础上，本论文对微陀螺自激驱动环路相位理论和幅度理论进行分析。同时，建立微陀螺驱动模态等效电学模型，并对它进行交流小信号分析；结合锁相环的特性，设计一种电容式微机械陀螺双环路自激驱动电路。首先，利用simulink工具包建立微陀螺自激驱动系统模型，论证自激驱动方案的可行性；其次，利用Hspice中的理想行为模型分别建立微陀螺AGC自激驱动电路和双环路自激驱动电路理想模型，并进行仿真对比分析；再者，结合0.5µm工艺参数设计出

5、微陀螺自激驱动系统中具体电路模块；最后，利用电路仿真工具Hspice对微陀螺双环路自激驱动电路进行整体电路级仿真分析。通过对微陀螺两种自激驱动电路理想模型仿真分析得出，相对于微陀螺AGC自激驱动电路，双环路自激驱动电路建立稳定振荡时间缩短了30.77%，频率稳定性提高了67.28%；微陀螺双环路自激驱动电路级仿真结果显示微陀螺双环路自激驱动电路稳定振荡建立时间为60ms，稳定振荡频率抖动为0.1Hz，频率稳定性为0.00363%。稳定振荡平均频率为2755.23Hz，频率偏差仅为0.17Hz。通过对微陀螺自激驱动ASIC电路设计的研究，可以发现微陀螺双环路自激驱动电路能够产生更高性能的驱动

6、信号。这对微陀螺系统灵敏度和检测精度的提高有着重要的意义。关键词：微陀螺；ASIC；自激驱动；系统模型-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofthemicroelectronicsmanufacturingtechnologies,theminiaturizationofvarioussensorshavebeenmadepossibly.Theyhavehadasignificantimpactoneverydaylife.Capacitancemicro-machinedgyroscopewhichisasakindofmi

7、cro-sensorsismini,higherreliability,lowerincostandeasiertoachievethemassproduction,soitiswidelyusedinmanyareas,suchasindustry,navigation,automotive,consumerelectronicsandsoon.Withthedevelopmentofscienceandtechnol