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MEMS陀螺多采用电容式输出,因而起到将电容差量转换为电压量的接口电路就成为显得十分重要。传统采用PCB板分立器件搭建的转换电路往往难以达到较低的噪声和较高的精度。本文研究了几种电容一电压转移方法的电路,分析了他们的优缺点,采用其中一种方案作为原型,通过多方面的改进,设计实现了一种MEMS电容式陀螺专用集成接口电路。
在基于电荷转移原理的开关电容式电容量检测原型电路的基础上,通过分析电路的关键问题所在,有针对性地设计了电荷转移放大器、基准电压源、采样保持电路、相关双采样电路等。接口电路进行了仿真,仿真结果表明实际电路有可能达到了提高精度、降低噪声的目的。
为了使设计的电路能够与微机械陀螺协同仿真,研究并设计了几种微机械陀螺模型,包括基于Simulink的Matlab模型、基于RLC元件的电学模型以及基于Verilog-A语言的模型。重点设计和完善了基于Verilog-A语言的模型,并通过实证验证了它的有效性。
基于HHNEC0.35微米的CMOS工艺设计了电路的版图并付诸流片。采用了与MEMS器件封装在一起的形式进一步降低噪声与外界干扰。进行了初步测试,测试结果表明采用本文设计的电路之后微机械陀螺的输出特性得到了部分改善。