微机械陀螺仪反馈控制器鲁棒性分析及闭环接口检测电路设计

在分析微机械陀螺仪静电力反馈检测结构的基础上,提出了一种对现有Sigma-Delta静电力反馈检测方式的改进设计.对微机械陀螺仪闭环检测系统进行了离散化处理.基于Lyapunov稳定性原理,构造了一类能够使系统有限时间稳定的输出反馈控制器,并对其鲁棒性能进行了分析.该电路系统在Cadence平台下使用AMS 0.35μm CMOS工艺实现,完成了包括前端敏感电路、调制解调器和反馈控制器在内的关键部分的设计,并通过了仿真验证.系统的关键性能与比例-积分-微分(PID)控制器改进的静电力反馈电路进行了比较.分析结果表明,改进的闭环检测系统在陀螺信号带宽上信噪比达到106 dB,在扰动发生后可以在130 ms之内恢复到平衡状态,所需时间短于采用PID控制器的检测回路.因此,加入了输出反馈控制器的闭环系统比普通系统具有更加良好的检测性能.