MEMS陀螺仪高阶带通ΣΔ闭环检测系统设计

作者：王亚林; 杨拥军; 任臣

来源：微纳电子技术, 2018, 55(12): 895-921.

DOI：10.13250/j.cnki.wndz.2018.12.007

• MEMS陀螺
• 带通
• 脉冲密度
• ΣΔ调制器
• 信噪比(SNR)
• 正交误差

为了解决MEMS陀螺仪开环检测带宽窄、量程低、线性度差等问题,设计了机电结合带通ΣΔ闭环检测系统。首先设计4阶带通纯电学ΣΔ调制器,结合MEMS陀螺的机械结构,提出机电结合闭环检测系统结构及参数获取方法。该环路采用脉冲密度反馈方式,考虑输入热噪声、正交误差等非理想因素,建立闭环检测系统的非理想模型。仿真结果表明:对比开环检测,该闭环反馈力平衡了哥氏力,抑制了哥氏振动,陀螺的响应位移降低了4个数量级,响应速度提升了0.6 s;当陀螺量程为300°/s、带宽200 Hz时,信噪比(SNR)达到了113.2 dB。基于现场可编程门阵列(FPGA)开发了MEMS陀螺测控系统电路并进行实际测试,结果表明闭环检测标度因数非线性、测量范围和带宽分别提高了4倍、1.5倍和1.5倍,系统性能得到了有效提升。

• 单位
  中国电子科技集团公司第十三研究所