電容式微機(jī)械陀螺儀讀出電路研究與設(shè)計(jì).pdf

1、MEMS技術(shù)的應(yīng)用可以使陀螺儀微型化,制造出微機(jī)械陀螺儀,它具有體積小、成本低、功耗小的特點(diǎn),更重要的是微機(jī)械陀螺儀可以大規(guī)模地批量生產(chǎn),由于這些特點(diǎn),微機(jī)械陀螺儀對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車電子、消費(fèi)電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而,微型化的后果導(dǎo)致傳感器信號(hào)非常微弱,讀取如此小的信號(hào)是非常困難的,是高性能的陀螺儀設(shè)計(jì)所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。本文針對(duì)解決這個(gè)問題設(shè)計(jì)了一個(gè)讀出電路。
　　為了檢測(cè)到非常微弱的角速率信號(hào),信號(hào)需要經(jīng)過正確的放大和解調(diào)

2、。但是,放大如此小的信號(hào)需要一個(gè)低噪聲、高靈敏度的前端放大器,而且設(shè)計(jì)這樣的放大器是非常困難的。為解決上述問題,本文提出了一種改進(jìn)的連續(xù)時(shí)間前端的讀出電路,其前端結(jié)構(gòu)為一個(gè)以T型電阻網(wǎng)絡(luò)為反饋電阻的電荷敏感放大器(CSA),為了減小前端放大器的噪聲,對(duì)輸入晶體管的尺寸做了相應(yīng)的優(yōu)化。另一方面,在解調(diào)過程中,由于來自比較器的解調(diào)時(shí)鐘信號(hào)通常有一定的相移,這將會(huì)造成輸出信號(hào)中存在誤差。對(duì)于這個(gè)問題,本文提出了一種簡(jiǎn)單有效的誤差校正算法,經(jīng)仿

3、真驗(yàn)證,此算法能夠有效地減小輸出角速率信號(hào)的誤差率。
　　本文在0.25μm BiCOMS工藝下實(shí)現(xiàn)了所提出的讀出電路設(shè)計(jì)。在陀螺表頭電容變化量為100fF、信號(hào)帶寬為100Hz的情況下,仿真結(jié)果表明,前端放大器的輸出噪聲和靈敏度分別為75.6nV/Hz和2mV/fF,讀出電路的參考輸入噪聲電容和輸出靈敏度分別為0.776aF/Hz和6.36mV/fF,信噪聲比為82.2dB。經(jīng)過誤差校正算法后,誤差率由13.7％降到了0.3%。