电磁驱动电容式振动微机械陀螺接口电路研究

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1、摘要摘要微机械陀螺由于使用了MEMS(微电予机械系统)技术作为加工手段，使得其体积、成本等相对于传统的陀螺仪有很大的F降，同时，其加J：手段有可能与集成电路工艺兼容，从而有望在汽车：[业、航空航天等领域有广泛的应用。本论文主要针对电磁驱动电容检测的振动式微机械陀螺，对其接口电路的相关理论和实现进行了研究。首先，根掘振动式微机械陀螺的工作原理，建立了动力学模型，并对动力学方程求解，在此基础上，得出对接口电路有用的结论：对电磁驱动和电容检测作了概述；建立了陀螺器件等效的电学模型，借助电学模型，可以动态地观察陀螺器件的特性，并为接口电路与陀螺器件的混合仿真提供方便。然后，详细研究了电磁驱动

2、的相关理论和实现。对强迫振动和自激振荡这两种驱动方式作了研究，重点放在自激振荡驱动上。对自激振荡理论和实现进行了研究，设计了电路，并对各个模块仿真验证，在此基础上制作了电路板，调试电路，实现了自激振荡驱动，并就改进工作提出建议。接着，对检测电路进行了研究。对一种C—V变换ASIC的各个功能模块进行分析、计算和模拟，给出性能特性。对解调检波技术进行了详细的研究，提出了解调方案；用c—v变换ASIC构建整个检测电路并调试，实现了电路的功能初步的测试表明，整个角速度检测系统具有0．5mv／o／s的输出。对进一步工作包括ASIC的设计改进和整体电路的调试提出了建议。对驱动电路理论的研究和所得

3、到的初步实验结果为进一步工作奠定了基础。关键词：微电子机械系统，振动式微机械陀螺，电容式，电磁驱动，自激振荡，C—V变换AbstractName：FuShengrong(MicroelectronicsandSolidStateElectronics)DirectedbyProf．YuelinWangComparedtotraditionalgyroscope，micro-gyroscopetakestheadvantageofMEMStechnologyandmakesitpossibletodecreasethecostandsizeinseveralmagnitudes．Soi

4、tishopedtohavemanyapplicationsinmanyfields，Inthisdlssertation。Ⅵrefocusedontheresearchofinterfacecircuitforthevibratorygyroscope，whichisdrivenbyeelectromagneticforcesanddetectedbycapacitance·First，basedontheoreticalanalysis，wegavethesolutionforthedynamicequationsandgottheimplicationforthedesigno

5、finterfacecircuit．Thenweintroducedthetheoryaboutelectromagneticforceandcapacitivedetection．Atlastwederiveditsequivalentelectricalanalogue，whichwouldgiveusmuchhelptounderstandtheworkingofthegyroscopeanddesigntheinterfacecircuit．Second，weresearchedthedriving-circuitandrelatedtheory．Twokindsofdriv

6、ingtechnologyasforcing—drivingandself-excitedoscillationdrivingwerepresented．Weconcentratedontheself-excitedoscillationtechnologyandbeganwiththetheoreticalanalysis，afterweputforwardtheschemeofthecircuit，withthehelpofsimulationtoolsasSpice，weimplementedthecircuitinformofPCB．Thetestresultconfirme

7、dourscheme．Third，wegavethedetailedanalysisandsimulationsofatypeofC—VconvertASIC，Afterthat，weresearchedanotherkeytechnologyinthedetecting—circuit：demodulation．Basedontheseresults，wedesignedthedetecting—circuitandimplementeditinPCBf