石英陀螺作为一种角速度测量器件,在国防、航天和商业领域中都有着广泛的应用。通过多年努力,我国实现了石英陀螺接口电路模拟输出芯片集成,亟待解决数字输出芯片集成问题。开展石英陀螺接口电路数字芯片集成技术研究,实现具有数字输出、片上数字温度补偿和批量化测调功能的高精度石英陀螺接口数字ASIC芯片,对石英陀螺的发展具有重要意义。石英陀螺接口电路数字芯片集成技术研究主要存在以下几个问题:数字驱动电路系统的相位噪声、混叠噪声和量化噪声对检测电路影响非常显著,以往模拟驱动电路的稳定性模型不再适用;检测电路数字化后引入新的噪声源,需要对其噪声进行全面分析,而目前未见相关报道,影响了高精度数字检测电路的优化设计;石英陀螺的发展过程中所必须解决的高精度数字温度补偿和批量化测调问题,阻碍了石英陀螺的批量化应用。本文根据石英陀螺系统原理,得到了敏感结构的等效电学模型,基于此给出了石英陀螺接口数字ASIC芯片的行为级模型,通过仿真确定了接口电路各主要模块的性能指标,明确了石英陀螺系统对电路设计的要求。对石英陀螺数字驱动电路的稳定性问题展开深入研究。一方面建立数字驱动电路相位噪声模型,得到相位稳定性对检测电路输出精度的影响,进行数字驱动电路相位稳定性的优化设计,从而减小数字驱动电路相位稳定性对数字检测电路的影响;另一方面建立数字驱动电路电路噪声和PI控制电路模型,得到幅值稳定性与检测电路输出精度的关系,进行数字驱动电路幅值稳定性的优化设计,减小数字驱动电路幅值稳定性对数字检测电路的影响。该研究为石英陀螺数字驱动电路的设计奠定了基础。针对石英陀螺数字驱动电路引入的噪声和数字检测电路自身产生的噪声,建立石英陀螺数字检测电路全噪声模型,得到了数字检测电路噪声对输出偏置稳定性的影响,研究结果对包括低噪声前级电荷检测电路、解调电路和高精度模数转换电路等模块的石英陀螺高精度数字检测电路的设计具有指导意义。研究了石英陀螺敏感结构的温度特性,得到了驱动信号频率、输出零位、偏置稳定性等参数与温度的关系,设计了一种片上高精度数字温度补偿电路,并以此为基础,提出了批量化测调方案,通过单次升降温测试,实现了对多个石英陀螺整机系统的输出零位、全温稳定性等参数的批量化标定和补偿。解决了石英陀螺的高精度数字温度补偿问题和批量化测调问题。在上述研究的基础上,采用0.35μmBCD-MOS工艺参数和设计规则,正向设计并实现了具有数字输出、片上数字温度补偿和批量化测调功能的高精度石英陀螺接口数字ASIC芯片,芯片面积5mm×5mm,与某研究所提供的石英陀螺敏感结构配合进行整机测试,石英陀螺整机偏置稳定性为2.9°/hr(1σ),Allan方差偏置稳定性为1°/hr,补偿后全温区零位温度漂移16°/hr,角速度随机游走0.022°/√hr,非线性度在量程范围内达到0.035%。石英陀螺数字接口电路芯片和整机测试结果验证了理论模型和芯片设计的正确性。