数字硅陀螺中带通调制器的设计

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1、硕士学位论文数字硅陀螺中带通调制器的设计THEDESIGNOFBAND-PASSMODULATORFORDIGITALMICROMACHINEDGYROSCOPE邵奇哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN432学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工学硕士学位论文数字硅陀螺中带通调制器的设计硕士研究生：邵奇导师：刘晓为教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：微电子科学与技术系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN432U.D.C:621.38DissertationfortheMaste

2、rDegreeinEngineeringTHEDESIGNOFBAND-PASSMODULATORFORDIGITALMICROMACHINEDGYROSCOPECandidate：ShaoQiSupervisor：Prof.LiuXiaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：Dept.ofMicroelectronicsScienceandTechnologyDateofDefence：June,20

3、15Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着半导体技术与集成电路工艺的发展，数字硅陀螺在众多领域扮演着越来越重要的角色。数字硅陀螺是机械陀螺利用MEMS微型化后得到的硅结构，可以用于敏感加速度。由于通常的加速度信号通常通过硅结构中的机械位移体现，因此，读取该机械位移，并且将其转化为数字电路可以处理的数字信号，成为了数字硅陀螺的接口电路的主要功能。目前，数字硅陀螺的接口电路的研究是研究所与高校的研究热点，但是目前的数字硅陀螺往往存在着采样率过高，功耗较大的缺点，因此，利用带通

4、调制器结构对数字硅陀螺信号进行处理，对于降低功耗，抑制噪声方面具有着重要的意义。本课题首先分析了数字硅陀螺敏感加速度的原理，并且分析了sigma-delta调制器调制信号的基本原理，即过采样调制器通过提高采样频率，降低带内噪声，提高信噪比。由于本课题需要实现带通调制器的中心频率可以调频的功能，因此设计了可以通过改变关键参数，改变噪声传递函数零点的带通调制器。在对数字硅陀螺与带通调制器进行数学行为级建模后，在Simulink环境中对工作在各个中心频率的带通调制器进行了仿真，实现了较高的性能。在Simulink环境仿真的基础上，利用0.5umCMOS的工艺条件，对带通调制器的各个模块进行

5、了设计，设计了运算放大器、量化器电路、相位补偿电路、DAC电路、时钟信号产生电路、基准电路以及谐振器电路，并对各个模块进行了仿真，并且将关键的谐振器电路以开关电容电路的形式实现；总体的电路级仿真结果显示，在4KHZ、6KHZ、8KHZ、10KHZ、12KHZ处都可以将噪底抑制在-120dB，有效位数达到10bit以上。关键词：数字硅陀螺；带通调制器；谐振器；开关电容I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofsemiconductortechnologyandIC(IntegratedCircuit)craft,micromachinedg

6、yroscopehasbeenplayinganimportantroleinmanyfields.Mircomachinedgyroscopeisakindofmachinerygyroscope,sensoringaccelerationbyreadingoutmachineryshift.Thusreadingoutmachineryshiftandtransferringitintodigitalsignalthatdigitalcircuitcanhandleismainfunctionofread-outcircuitofmicromachinedgyroscope.At

7、present,researchofread-outcircuithasbeenthefocusofmanyuniversitiesandinstitutes.However,thepresentdigitalmicromachinedgyroscopehasdisadvantageofhighsamplingfrequencyandlargepowerdissipation.Thus,takingadvantageofband-passmodulator