【摘 要】
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石英陀螺作为微机械惯性传感器的一种,具有可靠性高,寿命长,尺寸小,能在恶劣条件下工作的优点,在军事和民用领域有广阔的应用前景。国外已有多类石英陀螺的产品问世,而我国尚
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石英陀螺作为微机械惯性传感器的一种,具有可靠性高,寿命长,尺寸小,能在恶劣条件下工作的优点,在军事和民用领域有广阔的应用前景。国外已有多类石英陀螺的产品问世,而我国尚处于起步阶段。驱动电路是石英陀螺系统很重要的一部分,同时驱动电路产生的驱动信号也影响着陀螺的灵敏度和检测精度。基于以上原因,本文主要研究石英陀螺驱动电路ASIC设计。首先,本论文建立了石英陀螺驱动模态等效电学模型,并对它进行交流小信号分析。选定闭环自激驱动方案,并对该方案进行驱动环路相位理论和幅度理论分析,在此基础上设计出一种石英陀螺闭环自激驱动电路。利用Hspice中的理想运放和理想行为模型建立了石英陀螺闭环自激驱动电路的理想模型,并进行仿真分析,论证了闭环自激驱动方案的可行性。然后,结合0.5μm工艺参数设计出石英陀螺闭环自激驱动系统中具体的晶体管级电路,采用电路仿真工具Hspice对自激驱动系统晶体管级电路进行整体仿真分析,最后验证了该驱动电路产生的驱动信号能够成功运用于检测信号的解调,同时讨论了驱动电路的误差。通过对石英陀螺闭环自激驱动晶体管级电路的整体仿真分析可得,驱动电路的稳定振荡建立时间约为30.0ms,稳定振荡频率抖动为140Hz,频率稳定性为0.0119%。平均频率为11840.0Hz,频率偏差为91Hz。通过对驱动电路的误差分析可知在电压比较器中引入迟滞可以很好得克服比较器输入噪声的影响。最后,本文完成了版图的设计,并从匹配设计、抗干扰设计和寄生优化设计等方面对版图进行了优化设计。Hspice后仿真结果显示,所设计的驱动电路满足设计要求。石英陀螺闭环自激驱动电路能够提供高性能的驱动信号,对于促进石英陀螺系统向微型化方向发展,具有重要的现实意义。
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