数字陀螺sigma-delta调制器的设计

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1、硕士学位论文数字陀螺Sigma-Delta调制器的设计DESIGNOFDIGITALGYROSCOPESIGMA-DELTAMODULATOR闫冬哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN492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陀螺Sigma-Delta调制器的设计硕士研究生：闫冬导师：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：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN492U.D.C:621.38Di

2、ssertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFDIGITALGYROSCOPESIGMA-DELTAMODULATORCandidate：YanDongSupervisor：Prof.LiuXiaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：Dept.ofMicroelectronicsScienceandTe

3、chnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着集成电路工艺的迅速发展，在信号处理系统中对信号进行存储和运算的数字集成电路功能越来越强大，而用来采集自然界中模拟信号的传感器和传感器接口电路成为了限制信号处理系统能力的关键因素。数字化陀螺传感器是MEMS（MicroElectro-MechanicalSystems）传感器的一个重要发展方向，被广泛应用在军用和商用的电子类产品

4、中，为实现具有数字化输出功能的陀螺传感器需要高精度模数转换器（ADC）进行模数转换，Sigma-Delta调制器是高精度Sigma-DeltaADC的关键部分，决定着ADC的转换精度并影响整个陀螺传感器的性能，设计高精度低失真Sigma-Delta调制器对提升陀螺传感器性能具有重要意义。目前关于Sigma-Delta调制器的噪声和谐波失真分析仍有待完善，本文针对高性能Sigma-Delta调制器的噪声和谐波失真问题进行研究，设计高精度Sigma-Delta调制器。利用Matlab完成用四阶单环全前馈一位量化Sigma-Delta制器系统

5、级设计。在调制器噪声分析中将各噪声源等效为积分器输入或输出噪声，确定主要噪声源为第一级积分器的跨导运算放大器噪声和第一、二级积分器关导通电阻热噪声以及开关电容电路中的混叠噪声。理论分析谐波失真源，建立系统级的Simulink非理想模型并进行相应电路仿真，验证理论分析的正确性，得出主要谐波失真源为积分器的非线性建立误差，开关非线性导通电阻的和非线性电容。采用0.35umCMOS工艺设计全差分开关电容Sigma-Delta调制器电路，利用双采样和斩波技术增大信号带宽和消除低频1/f噪声，完成低失真增益自举跨导运算放大器、CMOS开关、动态比

6、较器和前馈求和等电路单元设计后绘制调制器电路版图，设计芯片测试印刷电路板（PCB），搭建测试平台，电路测试中芯片采用5V电源电压，当采样频率2.5MHz，功耗为9mW，最大输入信号幅度为-3dBFs，1Hz动态范围约为132dB，信号带宽为10kHz时最大信噪比为89dB、动态范围为92dB。关键字：陀螺接口电路；开关电容电路；Sigma-Delta模数转换器；跨导运算放大器；低失真-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofintegratingtechnology,thefu

7、nctionofdigitalintegratedcircuitappliedinsignalprocessingsystemforsignalstorageandcomputingisbecomingmoreandmorepowerful.However,thesensorandinterfacecircuitofsensorwhichareusedtosampleanalogsignalsinnatureconstraintheperformanceofthewholesystem.Digitalizedgyroscopesenso

8、rasanimportantpartofMEMSsensoriswidelyimplementedinmilitaryandcommercialelectronicproducts.Inordertodig