论文部分内容阅读
微陀螺是用来测量物体相对惯性空间转角或角速度的传感器,微陀螺以其体积小、重量轻、成本低、可批量生产等优点在军事、民用方面都有着巨大的应用潜力,因此,微陀螺接口ASIC的设计也成为各国的研究热点之一。滤波器是微陀螺接口ASIC中的重要组成部分,设计性能优良的滤波器具有重要的意义。依据科里奥利力原理,本文分析了振动式微陀螺及其接口ASIC的工作原理,给出了滤波器的原理及其在微陀螺接口ASIC中的应用,设计了应用于微陀螺检测电路的全差分滤波器,最后将全差分滤波器带入到微陀螺检测整体电路中进行仿真。在微陀螺的差分检测电路中,需要两次低通滤波,分别滤除高频载波信号和驱动信号。为了降低环境因素对滤波器的影响,本文设计了全差分跨导(Gm)运放和全差分跨导-电容(Gm-C)低通滤波器。跨导运放的跨导值可以方便的进行调节,利用这一点,本文设计了Gm-C低通滤波器的截止频率自动调谐电路,仿真结果表明,接入调谐电路后,滤波器的截止频率更加稳定,频率特性也明显提高。本文设计了平衡运放和R-MOSFET-C全差分高通滤波器。微陀螺的驱动信号对检测端的耦合信号的频率与驱动频率相同,所以在检测中会形成很大的耦合误差。因此,需要利用高通滤波器消除这些耦合误差和低频噪声,之后再进行解调滤波,从而得到角速度信号。经过Hspice仿真,得到截止频率分别为5.50kHz和135Hz两种低通滤波器,对高频载波和驱动信号的衰减分别为41.77dB和40.122dB。两次滤波的谐波失真分别为0.13%和0.17%,功耗分别为0.257mW和0.31mW。高通滤波器的截止频率为83.976kHz。当温度从-45°到125°变化时,加入调谐电路后,滤波器的截止频率变化范围由最初的40.49Hz缩小到14.93Hz,达到了稳定滤波器截止频率的目的。