一种用于硅微陀螺仪的抗振动电路板设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电子领域，具体设及一种用于娃微巧螺仪的抗振动电路板设计方法。
【背景技术】
[0002] 娃微巧螺仪具有体积小、质量轻、价格低廉的特点，可广泛的应用于消费类电子产 品、工业现场、车辆检测等诸多领域。
[0003] 娃微巧螺仪内含可动质量块，其通过哥式效应（Corioliseffect)测量检测轴向 的角速度信号。当检测轴向存在输入角速度信号时，可动质量块将在敏感轴向上产生谐振， 通过检测可动质量块与固定微结构之间间距变化，即可反推测算出输入角速度信号。
[0004] 通常娃微巧螺仪忍片安装于电路板（PCB)上，然后整体安装固定到巧螺仪外壳 中。电路板实现忍片与外界的电气连接，同时还起到固定巧螺忍片的作用，为其提供可靠的 机械连接。
[0005] 然而由于娃微巧螺仪忍片固定于电路板上，电路板通过外壳与被测物体连接。被 测物体上的机械振动都将被传递到巧螺忍片的可动质量块上。因此外界环境振动也将导致 巧螺可动质量发生振动，进而导致巧螺仪内敏感检测电容容值发生变化，产生误差信号。
[0006] 外界环境的随机振动频率一般在2曲Z范围内，而娃微巧螺仪内电路板尺寸约厘 米量级，电路板固有振动频率接近或位于环境低频随机振动频率范围内。电路板会放大外 界环境振动，形成共振。因此需提高电路板的固有振动频率，使之远高于2曲Z的低频随机 振动频率范围。
[0007] 体积小、质量轻、价格低廉是娃微巧螺仪较其他类型巧螺仪的优势。虽然采用隔振 器可W减小甚至消除环境振动对娃微巧螺仪性能的影响，但其存在体积大、质量重的缺点， 不符合娃微巧螺仪应用场合的要求。
[0008] 发明专利《用于表面贴装振动敏感装置的减振和热隔离系统》提出在电路板与表 面贴装器件之间放置具有导电纤维材料的弹性体材料。其提出的弹性体材料允许信号和电 流在表面贴装装置和电路板之间流动而不使用任何附接的电线或导线，与此同时弹性体材 料减小了传递到贴片装置的振动。虽然该发明提出的方法实现了表面贴装器件的减振和隔 热，但该方法不适用娃微巧螺仪，其原因在于若采用该方法，则弹性体材料会降低巧螺仪忍 片的支撑刚度，进而会进一步降低巧螺仪和电路板整体系统的固有谐振频率，巧螺受低频 随机振动的影响将更为恶劣。
[0009] 实用新型专利《一种控制器PCB板垫片减振结构》提出一种PCB减振结构，其设计 PCB四个角都通过上、下两层垫片夹于上、下壳体之间，通过对应螺孔进行定位，螺栓进行紧 固。该结构简单，易于装配，成本低，可W承受多方向载荷，吸收冲击和高频振动。但该减 振方法降低了电路板系统的整体固有谐振频率，因此该方法不适用于娃微巧螺仪的低频减 振。
[0010] 发明专利《一种改善低频特性的振动冲击复合传感器》提出通过传感器底座与机 器高刚度连接禪合和通过柔性PCB对传感器内部谐振器件和电缆的低刚度连接，解决了传 感器底座没有与机器高刚度连接而传感器内部由于连接电缆具有较高刚度所致的频率响 应问题。但该方法主要针对轨道交通、风力发电等领域故障诊断所需求的振动传感器，不易 应用于体积（一般为几十立方厘米或更小）和重量（一般为Ξ百克W内）要求苛刻的微型 传感器中。且该方法实现的低频响应仅达几百赫兹，不能满足娃微巧螺仪抗2曲ZW内随机 振动的要求。
【发明内容】
[0011] 为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利提供一种用于娃微巧螺仪的抗振动 电路板设计方法。
[0012] 由于实际使用中，外界环境存在不可避免的随机振动，随机振动频率一般在2曲Z 范围内，而用于安装娃微巧螺仪忍片的电路板尺寸约厘米量级，电路板固有振动频率接近 或位于低频环境随机振动频率范围内，电路板会放大外界环境振动，形成共振。因此需要采 取适当措施，减小或消除环境振动对娃微巧螺仪的影响。
[0013] 娃微巧螺仪与其他类型巧螺仪相比的优点在于体积小、质量轻、价格低廉、可大批 量生产，因此娃微巧螺仪的减振措施需要具备不显著增加娃微巧螺仪的体积、重量、成本， 且易于实现的特点。
[0014] 通过不同技术途径均可实现娃微巧螺仪减振。改进娃微巧螺仪敏感结构设计，如 提高敏感结构固有频率，敏感结构差模输出；优化娃微巧螺仪电路设计，如增加滤波器；改 进娃微巧螺仪封装和组装方式，如采用减振装配结构。运些方法均可W不同程度的减小环 境随机振动对巧螺仪的影响。
[0015] 改进巧螺仪敏感结构和检测电路增加滤波设计，均需要重新进行巧螺仪敏感结构 和检测电路设计、仿真计算，并重新加工，导致设计周期和研发成本大幅提高。而改进娃微 巧螺仪组装方式，不需要修改已完成的巧螺仪敏感结构和检测电路，仅通过改进娃微巧螺 仪电路板即可实现娃微巧螺仪减振，是一种简单、有效的方法。
[0016]本发明采用的技术方案为：
[0017] 一种用于娃微巧螺仪的抗振动电路板设计方法，将巧螺忍片安装于电路板上，然 后再整体固定安装到巧螺仪金属外壳中，其特征是，通过增加电路板的厚度W及减小电路 板与外壳之间固定连接件相对于巧螺忍片的等效距离，提高电路板固有频率。
[001引采用质量块-弹黃-阻尼集中参数模型来近似娃微巧螺仪内巧螺忍片、电路板、外 壳之间的连接固定方式，将电路板等效为Ξ部分，iVbi和nVb3为电路板错定到巧螺仪外壳的 等效质量，iVb2为连接巧螺忍片的等效电路板质量；
[0019] 由于电路板质量iVb正比于电路板厚度h，即
[0020] Hipcb^h
[0021] 若将电路板等效为四周固定的薄板结构，其刚度kptb正比于电路板厚度h的Ξ次 方，即
[0022] kpcb^h3
[0023]因此电路板固有频率fptb近似正比于电路板厚度，
[0024]
[0025] 所W通过增加电路板厚度h提高电路板固有频率fptb。
[0026] 由连接件穿过电路板上的连接孔将电路板固定到巧螺仪金属外壳中