[發(fā)明專利]微機電諧振器系統(tǒng)中相位噪聲模型的建立方法

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• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN109977616A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇巖
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州感測通信息科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本發(fā)明揭示了一種微機電諧振器系統(tǒng)中相位噪聲模型的建立方法，包括如下步驟：S1、對微機電諧振器系統(tǒng)中的噪聲進行分類；S2、計算得到幅度抖動與相位抖動，隨后將諧振器的傳遞函數(shù)分解為幅度調(diào)制和相位調(diào)制兩條路徑，通過幅度調(diào)制和相位調(diào)制兩條路徑分別對幅度抖動與相位抖動進行轉(zhuǎn)化處理，構(gòu)建出一個用于分析諧振器相位噪聲的多輸入模型；S3、建立微機電諧振器系統(tǒng)中的相位噪聲模型。通過本發(fā)明所建立的相位噪聲模型可以得到微機電諧振器中噪聲源參數(shù)和性能指標(biāo)的解析表達式，從而揭示了各噪聲對輸出信號的影響機理。使用本發(fā)明所建立的相位噪聲模型能夠預(yù)測微機電諧振器系統(tǒng)的性能，為諧振器噪聲性能的優(yōu)化設(shè)計提供全面的指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種相位噪聲模型的建立方法，尤其涉及一種微機電諧振器系統(tǒng)中所使用的相位噪聲模型的建立方法，屬于相位噪聲分析與預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微機電(MEMS)諧振器是使用微機械加工工藝制作的一類慣性傳感器器件，包括微機電陀螺，微機電加速度計等，由于這類器件具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗低、成本低等特點，因此被廣泛地應(yīng)用于消費電子、航空航天等領(lǐng)域中。盡管目前這一類器件的性能已經(jīng)足夠滿足人們的日常使用需求，但是在一些精度要求較高的關(guān)鍵場合(如定位、導(dǎo)航等)中，現(xiàn)有的傳感器性能仍然需要進一步提高。

由于微機電諧振器的閉環(huán)檢測與控制電路是一種復(fù)雜的機電混合系統(tǒng)，系統(tǒng)中的任何噪聲源都會引起諧振器頻率或相位的抖動、進而惡化傳感器的關(guān)鍵性能。因此，相位噪聲模型在高性能諧振器的閉環(huán)電路設(shè)計中扮演著極其重要的角色，設(shè)計者可以利用相位噪聲模型對諧振器系統(tǒng)進行性能預(yù)測，找出影響性能指標(biāo)的主要噪聲源，從而為設(shè)計完成超低噪聲的閉環(huán)檢測與控制電路提供全面的設(shè)計指導(dǎo)。換言之，建立微機電諧振器系統(tǒng)的相位噪聲模型可以有效地優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)、顯著地提升其性能。

迄今為止，針對微機電諧振器系統(tǒng)的相位噪聲分析與性能預(yù)測問題，已經(jīng)有諸多相位噪聲模型的建立方法被提出、研究并利用。這些方法主要分成以下兩類：一是基于線性時不變(LTI)假設(shè)建立相位噪聲模型，國外多使用這種方法建立相位噪聲模型來預(yù)測諧振器性能，但是通過這種方法所建立的相位噪聲模型對于電路元器件非線性效應(yīng)較明顯的情況(如1/f3噪聲存在時)，難以實現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測。二是基于線性時變系統(tǒng)(LTV)假設(shè)建立相位噪聲模型。通過這種方法所建立的相位噪聲模型雖然揭示了1/f3噪聲的產(chǎn)生原理，但是模型分析過程復(fù)雜費時，且忽視了幅度抖動對頻率的耦合作用，無法分析實際情況中任意噪聲源對諧振器相位噪聲的影響。

綜上所述，如何在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供一種全新的相位噪聲模型的建立方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中的諸多缺陷，就成為了本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種微機電諧振器系統(tǒng)中相位噪聲模型的建立方法，包括如下步驟：

S1、對微機電諧振器系統(tǒng)中的噪聲進行分類；

S2、假設(shè)噪聲為單位沖擊函數(shù)，計算得到噪聲影響下諧振器的復(fù)數(shù)響應(yīng)，得到幅度抖動與相位抖動，隨后將諧振器的傳遞函數(shù)分解為幅度調(diào)制和相位調(diào)制兩條路徑，通過幅度調(diào)制和相位調(diào)制兩條路徑分別對幅度抖動與相位抖動進行轉(zhuǎn)化處理，將處理結(jié)果合并得到諧振器系統(tǒng)的頻率抖動，最終構(gòu)建出一個用于分析諧振器相位噪聲的多輸入模型；

S3、建立微機電諧振器系統(tǒng)中的相位噪聲模型。

優(yōu)選地，S1包括如下步驟：依據(jù)各類物理噪聲進入系統(tǒng)的方式，將各類物理噪聲源劃分為三種類型，所述三種類型包括加性噪聲、乘性噪聲以及剛度調(diào)制噪聲。

優(yōu)選地，所述加性噪聲表示電路模塊產(chǎn)生的直接加入系統(tǒng)信號的噪聲，所述乘性噪聲表示微機電諧振器系統(tǒng)中各模塊增益的抖動，所述剛度調(diào)制噪聲表示能夠直接引起微機電諧振器等效剛度發(fā)生變化的參數(shù)所產(chǎn)生的抖動。

優(yōu)選地，S2包括如下步驟：