微机械（MEMS）陀螺外围信号数字处理系统研究

论文摘要

随着微机械（MEMS）技术研究的不断深入和MEMS性能的不断提高,微机械陀螺在工业中、生活中得到越来越广泛的应用,在航空航天和军事领域中也有非常广泛的应用前景。国际上对微机械陀螺的研究已经做了许多工作,取得了较大的成果,但在稳定性、精度等方面仍不够理想,限制了陀螺应用的发展。为提高系统的稳定性、精度等性能,本文采用数字处理系统对振动式微机械陀螺信号进行处理,对数字处理系统进行了较为深入的研究,其主要内容有:1、在微机械陀螺模拟系统的基础上设计了数字处理系统,整个系统包括自激驱动环路和角速度解调两部分。首先介绍自激驱动环路,改进了对环路影响起关键作用的自动增益控制（AGC）电路,获得了较好的控制精度。然后对角速度解调电路进行了分析。2、实现了微机械陀螺数字处理系统,包括模拟接口电路和数字处理部分。采用差分电荷放大器完成信号的C-V转换,利用FPGA和DSP来完成数字处理部分。介绍了Cordic算法产生电容检测时所需的载波信号,及利用载波信号同步解调获得角速度信号相关内容。并介绍了DSP程序流程图,以及驱动信号幅度提取模块、FIR滤波器的实现。对系统噪声进行了分析,获得了16位数字系统所能达到的最大信噪比。3、对系统性能进行了测试,FPGA产生的载波信号信噪比达96dB,对数字AGC进行了测试得到设计的输入输出曲线。分别在开环和闭环时对系统DA输出的驱动信号进行了功率谱测试,开环时驱动信号的信噪比达到75.253dB,闭环时驱动信号的信噪比达到74.413dB。实现了系统的自激驱动,最后测试得到了陀螺效应。陀螺数字处理系统的实现对陀螺系统的稳定性、精度等性能的提高具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第一节 MEMS及陀螺仪概述
• 第二节 微机械陀螺系统的研究现状及发展趋势
• 第三节 本文的研究意义及内容安排
• 第二章 微机械陀螺外围信号处理系统设计
• 第一节 振动式微机械陀螺的基本工作原理
• 第二节 微机械陀螺外围信号处理系统介绍
• 第三节 自激驱动环路分析与AGC设计
• 第四节 角速度解调电路设计与分析
• 第五节 相移滤波器的设计
• 第六节 本章小结
• 第三章 微机械陀螺数字处理系统实现
• 第一节 微机械陀螺外围信号数字处理系统概述
• 第二节 模拟接口电路
• 第三节 数字部分的介绍及数字接口设计
• 第四节 载波产生及载波解调的FPGA实现
• 第五节 信号处理模块在DSP中的实现
• 第六节 DSP系统噪声分析
• 第七节 本章小结
• 第四章 微机械陀螺数字处理系统测试结果分析
• 第一节 测试系统的介绍及部分模块的测试
• 第二节 数字系统工作性能的测试
• 第三节 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 第一节 总结
• 第二节 展望
• 参考文献
• 致谢