高精度低噪声MEMS陀螺仪电容读出电路

在研究电容式微机械陀螺信号通路工作原理的基础上,分析了影响电容式读出电路精度的各种非理想因素并进行了量化计算,设计了一款低噪声电容读出电路。该芯片采用高频调制原理实现了低频噪声的转移,同时提出了一款具有高电源抑制比的低噪声运算放大器,采用连续时间的电容读出方法研制了微机械陀螺ASIC电路。该芯片采用0.5μm CMOS工艺,芯片面积为3.5mm×3.4 mm,测试结果表明,该单片ASIC的输出级噪底为-117 dB,当陀螺仪量程为±300°/s时,分辨率可以达到0.00035°/s。     

陀螺自激驱动电路中自动增益控制设计

提出了一种加入AGC功能的微机械陀螺自激驱动电路的实现方法.AGC环路中,采用了带共模反馈的VGA结构,包含一个改进的具有采样保持功能的峰值检测电路,并构造了一种新型的指数控制电路.采用中电集团24所提供的4 μm 10 V P-well标准模拟CMOS工艺进行电路和版图设计并进行后仿对电路设计进行验证,利用HSPICE仿真可以得到AGC环路输出的峰峰值为3.203 V,功耗约为19.2 mW.     

高性能微机械陀螺接口电路研究

微机械陀螺输出信号非常微弱,从系统角度对其接口电路进行研究,采用闭环驱动,通过改善驱动信号稳定性及陀螺输出端接口电路,系统性能得到较大提高,改善后系统灵敏度9.8 mV/(o)·s-1,非线性度0.43%,分辨率达180°/h.     

基于FPGA的压电陀螺数字化检测电路设计

针对压电微固体模态陀螺的信号采集与算法要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的兼具高精度高采样频率的陀螺数字检测系统.介绍了该系统的原理与实现方法.FPGA主控芯片选择XC6SLX25,ADC选择AD7960芯片(18 bit,5MSPS).经试验验证,制作的样机可以同时采集三路输出信号,并实时处理传给上位机显示.测得陀螺共振频率稳定在349.89 kHz,上下波动范围8Hz,参考端输出电压峰峰值的均方差为0.004 V.检测系统稳定,具有较高精度.研究的数字化检测电路能很好地应用于MEMS微陀螺检测信号的处理,提高MEMS微陀螺的稳定性和抗干扰性.     

电容式微机械陀螺双环路闭环驱动电路研究

为了提高微机械陀螺系统的检测灵敏度,对微机械陀螺系统的驱动电路进行了研究.分析了微陀螺闭环驱动系统理论,基于此提出一种双环路闭环驱动方法,并且利用数学工具simulink建立系统模型,验证此方法的可行性,最后设计完成相应电路.此方法引入锁相环实现闭环驱动电路的稳频控制;采用自动增益控制器(AGC)实现恒幅控制.利用Hspice完成电路级仿真.结果表明,微机械陀螺双环路闭环驱动电路建立稳定振荡的时间为45 ms,稳定振荡频率为2.7553 KHz,频率偏差为0.1 z,频率抖动为0.056563 Hz.相对于传统的AGC闭环驱动电路,此闭环驱动电路建立稳定振荡时间缩短了30.77%,频率稳定性是传统AGC闭环驱动电路的32.72%.微机械陀螺环路闭环驱动电路提高驱动信号性能,对于微机械陀螺检测灵敏度的提高有着重要意义.     

0.6m CMOS集成传感器电路兼容的 RS232串行通信发送接口芯片研究

采用5 V 0.6 μm标准CMOS工艺设计制造了具有RS232串行通信发送接口的传感器接口芯片.该芯片包含电荷泵和发送电路两个功能模块.其中电荷泵对5 V电源进行正/负倍压得到 7.6 V和-6.1 V的正负电平,并作为发送电路的电源,实现CMOS/TTL电平到EIA/TIA RS-232C电平的转换.3 KΩ和1 000 pF负载情况下,在230.4 kbit/s数据速率范围内,实现了TTL/CMOS电平到RS232电平转换的发送功能.将传感器的输出模拟信号经A/D变换后,即可经所设计的发送接口芯片实现传感信号的串行发送.为进一步实现基于标准CMOS工艺的传感器与信号处理电路和串行通信接口功能的兼容集成打下了基础.     

适用于微机械陀螺接口电路的新型开关解调方法

本文提出了一种可以运用于微机械陀螺接口电路中的新型开关相敏解调方法,它的电路实现比较容易,同时能够良好地抑制前级的直流电位偏差,可以最大限度地减小由于微机械陀螺接口电路的梳齿电容的不匹配而造成的直流失调电压,从而使所得到信号具有更小的谐波失真,提高陀螺的检测灵敏度.     

1.2V基准电压源设计

基于0.35μm CSMC CMOS工艺设计并流片了一款典型的带隙基准电压源芯片,输出不随温度变化的高精度基准电压。电路包括核心电路、运放和启动电路三部分。芯片在3.3V供电电压,-40oC到80oC的温度范围内进行测试,结果显示输出电压波动范围为1.2128V～1.2175V,温度系数为32.2 ppm/oC。电路的版图面积为135μm×236μm,芯片大小为1 mm×1 mm。     

低压低功耗CMOS微电容式传感器数字型接口电路研究

针对便携、无线设备的低电压、低功耗需求,基于TSMC 0.18μm CMOS工艺设计提出一种面向CMOS微电容式传感器的接口转换电路。将敏感电容、参考电容与接口电路集成于同一芯片,可以将对湿度敏感的电容变化量线性转换为方波脉冲信号的宽度,并直接输出数字信号。实验仿真结果显示在1.5 V电源供压下电路消耗的功耗仅为1.95 mW,转换分辨率达到4.38μs/pF,与同类接口电路相比具有线性度好、有效减少电容间失配和对温度与工艺角变化不敏感等优点。     

微机械陀螺闭环驱动电路的新方法

闭环驱动方式是目前高性能微机械陀螺的主流驱动方式,大部分的闭环驱动电路采用了自动增益控制模块以稳定输出信号的幅度,但是,采用AGC模块会限制电路的线性工作范围,而且输出摆幅有限,因此制约了微机械陀螺系统的灵敏度和稳定性。基于以上不足,在建立微机械陀螺系统等效电路模型的基础上,提出一种新颖的解决方案,采用比较器代替AGC模块,实现对陀螺输出信号幅度的控制,这种方案不仅电路结构更为简单,而且增大了整体电路的线性工作范围,能够始终输出满量程的驱动信号。