Оценка влияния архитектуры ФАПЧ на характеристики микромеханических гироскопов
https://doi.org/10.17285/0869-7035.0086
Аннотация
В современных микромеханических гироскопах системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) могут использоваться для обеспечения возбуждения колебаний инерционной массы, а также для формирования тактовых последовательностей блоков обработки и выделения полезного сигнала в интегральной схеме. В данной работе рассматривается оценка влияния архитектуры ФАПЧ на характеристики микромеханических гироскопов. Показано, что предлагаемая система ФАПЧ с двойной дискретизацией позволяет повысить точность микромеханического гироскопа за счет обеспечения высокой скорости синхронизации, а также более высокой стабильности частоты по сравнению с широко используемыми системами ФАПЧ с накачкой заряда и с однократной дискретизацией.
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена при поддержке гранта Ведущей научной школы РФ НШ-4196.2022.1.1 и гранта СПбГУ (Pure ID 75207094, секции 4–6).
Об авторах
Н. В. Кузнецов
Санкт-Петербургский государственный университет; Институт проблем машиноведения РАН
Россия
Кузнецов Николай Владимирович. Доктор физико-математических наук, профессорС.-Петербург
Россия
Кузнецов Николай Владимирович. Доктор физико-математических наук, профессорС.-Петербург
Я. В. Беляев
АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Россия
Беляев Яков Валерьевич. Кандидат технических наук, начальник НТЦ «Дизайн-центр»С.-Петербург
Россия
Беляев Яков Валерьевич. Кандидат технических наук, начальник НТЦ «Дизайн-центр»С.-Петербург
А. В. Стяжкина
АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Россия
Стяжкина Анна Васильевна. Научный сотрудник
Россия
Стяжкина Анна Васильевна. Научный сотрудник
А. Т. Тулаев
АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Россия
Тулаев Артем Толибович. Инженер
Россия
Тулаев Артем Толибович. Инженер
М. В. Юлдашев
Санкт-Петербургский государственный университет
Россия
Юлдашев Марат Владимирович. Доктор физико-математических наук, профессор
Россия
Юлдашев Марат Владимирович. Доктор физико-математических наук, профессор
Р. В. Юлдашев
Санкт-Петербургский государственный университет
Россия
Юлдашев Ренат Владимирович. Доктор физико-математических наук, профессор
Россия
Юлдашев Ренат Владимирович. Доктор физико-математических наук, профессор
Список литературы
1. Пешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. № 2. С. 3–10. DOI 10.17285/0869-7035.0028.
2. Распопов В.Я. Микромеханические приборы. Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Тульский государственный университет, Московский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского. Тула: Гриф и К, 2004.
3. Тулаев А.Т., Стяжкина А.В., Козлов А.С., Беляев Я.В. Методика проектирования микромеханического датчика на основе комплексной системной модели // Информатика, телекоммуникации и управление. 2021. №2 (14). С. 79–92.
4. Liu, K., Zhang, W., Chen, W., Li, K., Dai, F., Cui, F., Wu, X., Ma, G., Xiao, Q., TOPICAL REVIEW: The development of micro-gyroscope technology, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2009, no. 19(11), pp. 1–29.
5. Koenig, S., Rombach, S., Gutmann, W., Jaeckle, A., Weber, C., Ruf, M., Grolle, D., Rende, J., Towards a navigation grade Si-MEMS gyroscope, DGON Inertial Sensors and Systems (ISS), 2019, pp. 1–18.
6. Aaltonen L., Halonen K.A.I.. An analog drive loop for a capacitive MEMS gyroscope, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 2010, no. 63(3), pp. 465–476.
7. Aaltonen L., Saukoski M., Teikari I., Halonen K. Noise analysis of comparator performed sine-tosquare conversion, International Biennial Baltic Electronics Conference, IEEE, 2006, pp. 1–4.
8. Беляев Я.В. Методы снижения порога чувствительности микромеханического гироскопа: дис. ... канд. техн. наук. 05.13.01. СПб., 2010. 129 с.
9. Sharma, A., Zaman, M.F., Amini, B., Ayazi, F., A High-Q In-Plane SOI Tuning Fork Device, Proceedings IEEE Conference on Sensors, October 2004, pp. 467–470.
10. Филимонов А.Б., Филимонов Н.Б. Робастное управление с «глубокой» обратной связью // Сборник трудов XIII Всероссийского совещания по проблемам управления «ВСПУ-2019». Москва, 2019.
11. Мееров М.В. Синтез структур систем автоматического регулирования высокой точности. М.: Наука, 1967.
12. Chen, F., Li, X., Kraft, M., Electromechanical Sigma–Delta Modulators Force Feedback Interfaces for Capacitive MEMS Inertial Sensors: A Review, IEEE Sensors Journal, 2016, vol. 16, no. 17, pp. 6476–6495.
13. Omar, A., Elshennawy, A., Ismail, A., Nagib, M., Elmala, M., Elsayed, A., A New Versatile Hardware Platform for Closed-Loop Gyro Evaluation, Proceedings of the Inertial Sensors and Systems (DGON ISS), 2015.
14. Marx, M., Dorigo, D.D., Nessler, S., Rombach, S., Manoli, Y., A 27 μW 0.06 mm2 background resonance frequency tuning circuit based on noise observation for a 1.71 mW CT-Delta Sigma MEMS gyroscope readout system with 0.9°/h bias instability, IEEE J. Solid-State Circuits, 2018, 53(1), pp. 174–186.
15. Kolumban, G., Frigyik, B., Kennedy, M.P., Design equations and baseband model for double-sampling phase-locked loop. The 6th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, Proc., 1999, vol. 2, pp. 895–898.
16. Кузнецов Н.В., Беляев Я.В., Индейцев Д.А., Лобачев М.Ю., Лукин А.В., Попов И.А., Юлдашев М.В., Юлдашев Р.В. Математическое моделирование систем управления колебаниями и обработкой информации в МЭМС гироскопах // XIV Всероссийская мультиконференция по проблемам управления МКПУ-2021. Материалы XIV мультиконференции: в 4-х тт. Ростов-на-Дону, 2021. Т. 2. С.54–56.
17. Leonov, G.A., Kuznetsov, N.V., Nonlinear Mathematical Models of Phase-Locked Loops. Stability and Oscillations, Cambridge Scientific Publisher, Cambridge, 2014.
18. Kuznetsov, N.V., Matveev, A.S., Yuldashev, M.V., Yuldashev, R.V., Nonlinear Analysis of ChargePump Phase-Locked Loop: The Hold-In and Pull-In Ranges, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 2021, 68(10), pp. 4049–4061.
Рецензия
Для цитирования:
Кузнецов Н.В., Беляев Я.В., Стяжкина А.В., Тулаев А.Т., Юлдашев М.В., Юлдашев Р.В. Оценка влияния архитектуры ФАПЧ на характеристики микромеханических гироскопов. Гироскопия и навигация. 2022;30(1):73-83. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0086
For citation:
Kuznetsov N.V., Belyaev Ya.V., Styazhkina A.V., Tulaev A.T., Yuldashev M.V., Yuldashev R.V. Effects of PLL Architecture on MEMS Gyroscope Performance. Gyroscopy and Navigation. 2022;30(1):73-83. (In Russ.) https://doi.org/10.17285/0869-7035.0086
Просмотров:
7
Послать статью по эл. почте 