MEMS陀螺仪ΣΔ闭环系统优化设计

作者：温祖翔; 陈方; 徐大诚; 郭述文; 赵鹤鸣^*

来源：微纳电子技术, 2021, 58(01): 40-46.

DOI：10.13250/j.cnki.wndz.2021.01.006

• 微电子机械系统(MEMS)
• 陀螺仪
• ΣΔ调制器
• 3-level量化
• 非线性反馈误差
• 角度随机游走

为解决传统ΣΔ闭环控制系统存在的量化增益不可控问题,设计了基于3-level量化技术的改进系统;针对此系统应用于微电子机械系统(MEMS)陀螺仪时引入的非线性反馈误差,提出了一种调整反馈脉冲宽度的矫正技术;并基于课题组研制的新型类蛛网环式谐振陀螺仪验证了改进系统的实用性。首先采用Simulink建立了四阶机电耦合ΣΔ系统等效模型,理论分析与仿真结果表明,3-level量化技术在降低量化噪声的同时解决了量化增益不可控问题,进而有效提高了陀螺仪量程和噪声水平性能。然后基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)设计制作了相应的数字测控电路,实验结果显示,陀螺仪的角度随机游走由0.094°/■降低为0.062°/■,量程由100°/s提高到130°/s,系统性能得到了有效提升。

• 单位
  苏州大学; 中国科学院上海微系统与信息技术研究所