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纳米光栅微陀螺前置放大电路的设计与分析

262    2019-04-28

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作者:王威1,2, 崔敏1,2, 李孟委1,3, 张鹏1,3, 梁洲鑫1,3

作者单位:1. 中北大学 电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051;
2. 中北大学电气与控制工程学院, 山西 太原 030051;
3. 中北大学仪器与电子学院, 山西 太原 030051


关键词:纳米光栅陀螺;前置放大电路;微弱信号检测;I-V电路;稳定性


摘要:

针对纳米光栅微陀螺输出微安甚至皮安级的微弱电流信号,设计微弱电流信号的前置放大电路,研究微弱电流信号检测与电路稳定性的理论,提出一种低本钱、低噪声、高信噪比的微弱电流检测方法,即高阻型的I-V转化法,并给出高阻型I-V转化电路的响应带宽计算公式以及电路稳定性的分析方法。通过搭建测试台,对电路性能及功能进行实际测试。实验结果表明:该电路可对皮安级的微弱电流信号进行检测放大,电路灵敏度为10 mV/pA,最大检测误差为1.5%(当输入微弱电流值>10 pA时),满足纳米光栅微陀螺的微弱电流检测的需求。


Design and analysis of preamplifier for nano-grating micro-gyroscope
WANG Wei1,2, CUI Min1,2, LI Mengwei1,3, ZHANG Peng1,3, LIANG Zhouxin1,3
1. Science and Technology on Electronic Test & Measurement Laboratory, North University of China, Taiyuan 030051, China;
2. School of Electrical and Control Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China;
3. School of Instrument and Electronics, North University of China, Taiyuan 030051, China
Abstract: In this paper, a preamplifier circuit of weak current signal was designed for the output of micro-ampere or even pico-ammeter level of Nano-grating micro-gyroscope. The theory of weak current signal detection and circuit stability was studied. A weak current detection method of high resistance I-V transformation type with low cost, low noise and high signal-to-noise ratio was proposed. The calculation formula of response bandwidth of high resistance I-V converter circuit and the method of circuit stability analysis were given. The circuit performance and function were tested by setting up a test bench. The experimental result shows that the circuit can detect and amplify the weak current signal of pA level. The circuit sensitivity is 10 mV/pA, and the maximum detection error is 1.5% (when the input weak current value is greater than 10 pA). This performance shows that the circuit can meet the need of weak current detection for nano-grating micro-gyroscope.
Keywords: nano-grating gyroscope;preamplifier;weak signal detection;I-V circuit;stability
2019, 45(4):123-128  收稿日期: 2018-08-21;收到修改稿日期: 2018-09-28
基金项目: 国家重点研发计划重大科学仪器设备开发专项(2017YFF0105202);中北大学自然科学基金(2017024)
作者简介: 王威(1992-),男,山西长治市人,硕士研究生,专业方向为微弱信号检测与陀螺接口电路
参考文献
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