硅陀螺用16位500KHz数模转换器设计

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MEMS微机械陀螺具有集成化、微型化、智能化、功耗低、高可靠性等优点,被广泛运用在航天航空领域、汽车工业、军事装备和电子产品中。随着科技的进步和人们需求的日益提高,对陀螺性能要求变得越来越高。因此,硅陀螺的数字化就显得极为重要,它能大幅提高其性能。在硅陀螺接口电路中,数模转换器的精度水平对系统性能有显著影响。本课题主要针对硅陀螺接口电路中数模转换器进行研究,深入分析并设计实现了插值滤波器、sigma-delta调制器、低位DAC模拟重构滤波器三大重要模块。插值滤波器实现了64倍的插值功能,采用三级级联的方式,对每一级FIR滤波器详细地介绍了设计流程。第一级为半带滤波器实现2倍插值功能,通过FDAtool工具,设计了一个58阶的半带滤波器,其通带和阻带纹波都在1e-4dB以内,并且阻带衰减达到了97dB。第二级采用1/4带滤波器实现4倍插值功能,设计了一个33阶的插值滤波器,阻带衰减为105dB。最后一级为采样保持电路,利用时钟变频实现8倍插值功能。利用simulink仿真,验证了滤波器符合设计要求,采样系统对称的折叠结构仿真,节省了乘法器的使用个数。所设计的插值滤波器信号带宽为100KHz,信噪比达到106dB。根据系统的要求确定了调制器的参数,选取了过采样率为64的5阶CIFB结构来实现噪声整形功能。通过STF与NTF的设计,得到调制器的参数,对参数进行了CSD码分解,并且验证了稳定性。通过仿真,调制器的信噪比为119.7dB,有效位数达到了19.59bits,较好的满足了系统的需求。sigma-delta数模转换器的模拟部分采用开关电容技术实现,完成了由调制器产生的高跳变率的“0,1”信号转换成模拟信号的过程,其后为模拟低通滤波器以滤除高频段的量化噪声,根据需求和复杂度的综合考虑,选择了5阶切比雪夫Ⅱ滤波器。最后对模拟部分重要的相关电路进行了设计与仿真。本课题从理论到设计系统完成了硅陀螺接口电路中sigma-deltaDAC的设计,并且总结出一套系统设计方法,根据这个方法能快速的确定DAC的参数,完成系统的设计。这对于硅陀螺的数字化是具有十分重要的意义的。
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