闭环加速度计∑-△数字输出电路的设计

论文摘要

电容式加速度计传感器是一种基于检测电容变化来检测加速度大小的一种惯性传感器,其具有很好的直流响应,可靠性好,负载阻抗高,在军事、民用方面都有着巨大的应用潜力。微加速度计的输出信号及其微弱,机械带宽通常只有几百赫兹,这对其接口电路的设计提出了挑战,而调制器所采用的过采样工作模式能够很好地抑制噪声且适用于低频领域,同时能够实现信号的数字化,因此,基于Σ?Δ调制技术的微加速度计具有重要的研究价值,目前国内关于这方面的研究非常少。本文首先在研究加速度计的工作原理和检测原理的基础上,建立了它的Simulink模型,并对其进行仿真,与理论值相比较证实了模型的正确性;然后分析闭环系统实现原理及闭环加速度计的优势,在研究Σ?Δ调制器实现原理的基础上,结合加速度计结构建立了Σ?Δ闭环加速度计整体系统的Simulink模型,仿真结果表明此系统是一个低通系统,系统对量化噪声进行了整形处理,使得噪声转移到了高频段,并对仿真模型的输出信号做了频谱分析,FFT仿真结果显示其系统信噪比可达到105.2dB。最后,根据Simulink仿真结果进行了Σ?Δ调制器电路级建模,利用Hspice进行了电路级的系统仿真,分别给出了两级积分器的输出波形,同时分析了系统中的非线性因素,并指出了相关的参数要求及解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 微硅加速度计传感器发展现状
• 1.2.1 加速度计的种类
• 1.2.2 接口电路的发展
• 1.2.3 国外发展现状
• 1.2.4 国内发展现状
• 1.3 研究的目的和意义
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 闭环加速度计工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 差分电容式加速度计的工作原理
• 2.3 差分电容式加速度计检测原理
• 2.4 闭环加速度计实现原理
• 2.4.1 静电力
• 2.4.2 加速度计静电力模型
• 2.4.3 闭环加速度计原理分析
• 2.4.4 Σ?Δ闭环加速度计系统
• 2.5 本章小结
• 第3章 Σ?Δ调制器理论分析与设计仿真
• 3.1 引言
• 3.2 Σ?Δ模数转换器
• 3.3 Σ?Δ调制器原理及性能指标
• 3.3.1 增量调制器
• 3.3.2 Σ?Δ调制器
• 3.3.3 Σ?Δ调制器结构
• 3.3.4 Σ?Δ调制器的性能指标
• 3.4 一阶Σ?Δ调制器模型的建立与仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 Σ?Δ闭环加速度计系统设计与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 微加速度计系统Simulink模型设计与仿真
• 4.2.1 电容式微加速度计结构Simulink建模与仿真
• 4.2.2 Σ?Δ微加速度计系统模型与仿真
• 4.3 Σ?Δ调制器电路级设计与仿真
• 4.3.1 Σ?Δ调制器的电路结构
• 4.3.2 Σ?Δ调制器的电路仿真
• 4.4 系统中的非理想特性
• 4.4.1 增益误差对调制器的性能影响
• 4.4.2 开关非零导通电阻
• 4.4.3 积分器的非理想特性
• 4.4.4 比较器的非理想特性
• 4.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢