MEMS陀螺近年来受到市场需求的蓬勃发展,特别是在汽车行业,导航系统甚至战术级应用中均受到了极大关注,这使得越来越多的研究人员致力于开发更微型、更强大以及性能更优异的陀螺器件。在过去的几十年中,随着陀螺机械结构设计的优化、微纳制造技术的不断改进以及低噪声读取电路的优化,MEMS陀螺系统比以往更加强调使陀螺具有更好的传感性能和对环境参数变化的适应性。本文以z轴振动梁微机械闭环速率陀螺为研究背景,基于锁相调制技术,从陀螺工艺实现和控制系统研究两方面入手,主要研究内容如下:1)结构和加工工艺的设计是高信噪比电容式微机械陀螺的基础。采用湿法腐蚀方案进行陀螺制备,主要工艺难点有玻璃腐蚀、CMP化学机械抛光、结构层图案制备以及三层阳极键合等,制备过程中以最大程度提高陀螺性能为目的,尽可能的优化工艺参数。2)从改善微机械陀螺振动的暂态响应特性角度出发,针对PLL-AGC驱动技术进行优化分析,提取出影响陀螺暂态响应的控制参数,求其最优解,使陀螺暂态响应时间最短并且无超调量。并且通过仿真对理论分析结果进行验证。3)为了提高陀螺带宽,使其在外界环境因素影响下参数不易发生漂移,提出了力再平衡闭环检测控制,对其进行理论分析,从而实现陀螺检测模态的暂态响应优化设计以及带宽按需设计,并且通过仿真进行验证。为了进一步提高陀螺性能,提出载波调制及模态匹配控制,用于消除寄生电容及频率差对陀螺性能的影响。4)由于陀螺多个控制回路需要同时运行,并且需要高精度低噪声的电子元件以提取陀螺微弱信号,因此采用基于FPGA的HF2LI锁相放大器搭建陀螺检测系统,实现陀螺输出信号的高精度测量。通过闭环驱动控制获得高稳定性的陀螺激励信号,然后通过力再平衡闭环检测实现对陀螺零偏信号和正交误差信号的补偿,同时通过载波调制和模态匹配控制提高陀螺信噪比。采用搭建好的控制系统对陀螺主要性能指标参数进行测试,其中包括陀螺标度因子、零偏稳定性、零偏温度特性以及驱动频率温度特性等。