[发明专利]微机电谐振器系统中相位噪声模型的建立方法

说明书

本发明揭示了一种微机电谐振器系统中相位噪声模型的建立方法，包括如下步骤：S1、对微机电谐振器系统中的噪声进行分类；S2、计算得到幅度抖动与相位抖动，随后将谐振器的传递函数分解为幅度调制和相位调制两条路径，通过幅度调制和相位调制两条路径分别对幅度抖动与相位抖动进行转化处理，构建出一个用于分析谐振器相位噪声的多输入模型；S3、建立微机电谐振器系统中的相位噪声模型。通过本发明所建立的相位噪声模型可以得到微机电谐振器中噪声源参数和性能指标的解析表达式，从而揭示了各噪声对输出信号的影响机理。使用本发明所建立的相位噪声模型能够预测微机电谐振器系统的性能，为谐振器噪声性能的优化设计提供全面的指导。

技术领域

本发明涉及一种相位噪声模型的建立方法，尤其涉及一种微机电谐振器系统中所使用的相位噪声模型的建立方法，属于相位噪声分析与预测技术领域。

背景技术

微机电(MEMS)谐振器是使用微机械加工工艺制作的一类惯性传感器器件，包括微机电陀螺，微机电加速度计等，由于这类器件具有尺寸小、质量轻、功耗低、成本低等特点，因此被广泛地应用于消费电子、航空航天等领域中。尽管目前这一类器件的性能已经足够满足人们的日常使用需求，但是在一些精度要求较高的关键场合(如定位、导航等)中，现有的传感器性能仍然需要进一步提高。

由于微机电谐振器的闭环检测与控制电路是一种复杂的机电混合系统，系统中的任何噪声源都会引起谐振器频率或相位的抖动、进而恶化传感器的关键性能。因此，相位噪声模型在高性能谐振器的闭环电路设计中扮演着极其重要的角色，设计者可以利用相位噪声模型对谐振器系统进行性能预测，找出影响性能指标的主要噪声源，从而为设计完成超低噪声的闭环检测与控制电路提供全面的设计指导。换言之，建立微机电谐振器系统的相位噪声模型可以有效地优化系统参数、显著地提升其性能。

迄今为止，针对微机电谐振器系统的相位噪声分析与性能预测问题，已经有诸多相位噪声模型的建立方法被提出、研究并利用。这些方法主要分成以下两类：一是基于线性时不变(LTI)假设建立相位噪声模型，国外多使用这种方法建立相位噪声模型来预测谐振器性能，但是通过这种方法所建立的相位噪声模型对于电路元器件非线性效应较明显的情况(如1/f3噪声存在时)，难以实现准确预测。二是基于线性时变系统(LTV)假设建立相位噪声模型。通过这种方法所建立的相位噪声模型虽然揭示了1/f3噪声的产生原理，但是模型分析过程复杂费时，且忽视了幅度抖动对频率的耦合作用，无法分析实际情况中任意噪声源对谐振器相位噪声的影响。

综上所述，如何在现有技术的基础上，提供一种全新的相位噪声模型的建立方法，克服现有技术中的诸多缺陷，就成为了本领域内技术人员所亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种微机电谐振器系统中相位噪声模型的建立方法，包括如下步骤：

S1、对微机电谐振器系统中的噪声进行分类；

S2、假设噪声为单位冲击函数，计算得到噪声影响下谐振器的复数响应，得到幅度抖动与相位抖动，随后将谐振器的传递函数分解为幅度调制和相位调制两条路径，通过幅度调制和相位调制两条路径分别对幅度抖动与相位抖动进行转化处理，将处理结果合并得到谐振器系统的频率抖动，最终构建出一个用于分析谐振器相位噪声的多输入模型；

S3、建立微机电谐振器系统中的相位噪声模型。

优选地，S1包括如下步骤：依据各类物理噪声进入系统的方式，将各类物理噪声源划分为三种类型，所述三种类型包括加性噪声、乘性噪声以及刚度调制噪声。

优选地，所述加性噪声表示电路模块产生的直接加入系统信号的噪声，所述乘性噪声表示微机电谐振器系统中各模块增益的抖动，所述刚度调制噪声表示能够直接引起微机电谐振器等效刚度发生变化的参数所产生的抖动。

优选地，S2包括如下步骤：