1、隨著慣性器件的發(fā)展，陀螺儀在各個(gè)領(lǐng)域尤其是軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域里扮演了越來越重要的角色，因此也驅(qū)動(dòng)了各個(gè)科研機(jī)構(gòu)對(duì)陀螺儀的研發(fā)改進(jìn)和性能的完善以滿足陀螺儀對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性。哈工大MEMS中心提出了一種新型的球碟轉(zhuǎn)子式陀螺結(jié)構(gòu)，其基本原理是通過對(duì)差分電容隨外界變化而變化的檢測(cè)從而確定角速度等物理量，檢測(cè)電路的性能決定最終輸出結(jié)果的精度，所以檢測(cè)電路對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的重要性不言而喻。
　　本論文首先對(duì)陀螺系統(tǒng)的原理進(jìn)行綜述，詳細(xì)介紹檢測(cè)電

2、路的工作原理，重點(diǎn)對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，深入了解球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺驅(qū)動(dòng)電路和檢測(cè)電路各個(gè)模塊的工作原理與設(shè)計(jì)要求，具體完成球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺檢測(cè)電路的各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)。檢測(cè)電路包括正弦發(fā)生器，高頻調(diào)制器，開關(guān)相敏解調(diào)電路，具有放大功能的有源低通濾波器，無源低通濾波器等。具體設(shè)計(jì)思路為通過高頻載波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻載波對(duì)陀螺進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過電荷放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)二級(jí)放大防止噪聲對(duì)信號(hào)的影響。輸出信號(hào)經(jīng)過反相比例放大器反相得到差分

3、信號(hào)，利用開關(guān)相敏解調(diào)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后對(duì)解調(diào)出的信號(hào)進(jìn)行低通濾波濾除噪聲和高頻載波得到輸出電位。根據(jù)指標(biāo)要求對(duì)電路基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路基本結(jié)構(gòu)確定后利用Candence仿真軟件對(duì)電路結(jié)構(gòu)的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，綜合電路的各個(gè)指標(biāo)要求實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的基本功能。通過系統(tǒng)整體信號(hào)輸出和性能指標(biāo)要求可以得到檢測(cè)電路的電容分辨率。對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行線性擬合并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以得到刻度因數(shù)和非線性因數(shù)。對(duì)輸出高頻載波進(jìn)行傅立葉頻譜分析得到諧波失真相關(guān)

4、指標(biāo)。對(duì)不同溫度下電路的刻度因數(shù)的分析得到溫度系數(shù)。對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行優(yōu)化處理并基于0.35μm CMOS工藝完成系統(tǒng)整體的版圖繪制，并對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行后仿驗(yàn)證分析和完善。
　　通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)和完善，最終設(shè)計(jì)出的高頻載波發(fā)生器的頻率為200kHz，起振時(shí)間為8.77ms，振幅為7.36V，諧波失真為-110dB，高增益多級(jí)運(yùn)算放大器的增益為115.29dB，相位裕度為80.93°，帶寬為3.3MHz，電容相對(duì)分辨率為4.5×10-9p