硅陀螺作为核心器件在航天航空和战术武器系统中得到重要应用。国外硅陀螺及其接口电路一直采用芯片集成方式,从而实现了硅陀螺的小体积、低功耗、低成本和批量化应用。近年来,我国在单轴硅陀螺接口电路研发方面取得突破,已经研制出单轴集成的接口电路芯片。实际应用中需求的绝大多数是三轴陀螺,因此三轴硅陀螺接口电路集成具有重要的研究意义。硅陀螺的三轴集成与单轴集成存在显著差别。三轴接口电路中的很多电路结构可以通过直接共用或分时复用方式实现电路单元共享,从而提高接口电路集成度,但信号通路的共用引入了新的噪声问题。另外,三轴敏感结构与接口电路芯片连接导致电路前级输入引线长度以及相应寄生电容不同的问题,从而影响器件性能。本文根据硅陀螺工作原理,通过电路资源重新整合提出接口电路三轴集成的总体结构设计,实现器件共享,同时着重解决三轴接口集成电路中的噪声抑制和自适应补偿问题,并完成接口集成电路芯片研制。首先,开展接口电路噪声理论研究。三轴硅陀螺接口电路中信号通路的切换和复用引入了额外噪声,其中一部分是多通道电荷检测和采样保持过程注入的幅值噪声,另一部分是三轴敏感结构固有频率差异在共用驱动电路中引起谐振信号频率抖动形成的相位噪声,进而影响角速度解调精度。分别建立幅值噪声和相位噪声的噪声理论模型可以得出三轴硅陀螺接口电路的噪声规律和噪声优化方法,通过实验验证模型正确性,指导低噪声接口电路设计,实现接口电路的低噪声优化。其次,针对不同的输入寄生电容影响开展接口电路的自适应补偿方法研究。硅陀螺三轴集成中敏感结构与接口电路芯片间的长引线连接使三轴陀螺的灵敏度等动态特性发生改变。应用基于线性扩张状态观测的自适应补偿方法,通过闭环反馈控制有效抵消系统参数差异,抑制输入寄生电容特性变化对输出角速度信号的影响,提高三轴陀螺灵敏度的一致性。在上述研究基础上,采用标准0.35μm BCD集成电路工艺参数和设计规则,完成了高性能三轴硅陀螺数字输出接口集成电路芯片的正向设计,主要包括基于模拟前级电荷检测电路和多通道增量型模拟数字转换电路实现的分时复用自动增益控制驱动环路和高精度角速度解算检测环路,实现了接口电路的噪声优化和自适应补偿功能。另外,对整体接口电路进行电路原理的模拟仿真、版图设计和后仿真,并进行了工程流片。结合硅陀螺敏感结构进行了陀螺系统测试,三轴偏置稳定性分别为1.18°/h、1.19°/h、1.21°/h,非线性度分别为0.013%、0.015%、0.015%。实验测试结果验证了芯片设计的正确性,综合指标达到高性能三轴硅陀螺的应用要求。本文研究成果对多轴集成惯性测量器件的研制具有参考价值。