一种多位量化高精度加速度计系统设计

为了在保证系统噪声整形能力的基础上实现稳定的高精度微机械加速度计系统,提出了一种多位量化的高精度加速度计系统。通过应用静电力反馈线性化电路,实现了一种四阶多位量化微机械加速度计结构。该加速度计系统噪声水平均值低于-120 dB/√Hz,灵敏度0.63 V/g,等效输入加速度噪声约为4μg/√Hz。加速度计系统量程受限于电源电压和系统灵敏度,约为±3g。     

一种带数模混合输出的加速度计系统设计和验证

为了满足用户的不同应用需求,设计了一种带数模混合输出的加速度计系统。通过外围控制信号来选择模拟闭环输出或者数字闭环输出。系统测试表明加速度计的量程为±3 g,模拟输出带宽大于2 k Hz,噪声密度小于-100 d BV/√Hz;数字输出带宽大于1 400 Hz,噪声密度小于2μg/√Hz。     

高线性度全差分四阶ΣΔ微加速度计接口ASIC

为了降低电容式Sigma-Delta（ΣΔ）微机械（MEMS）加速度计的量化噪声,减小开关电荷注入和衬底噪声共模干扰,减小谐波失真,设计了一种全差分四阶ΣΔ加速度计的接口专用集成电路（ASIC）。提出了一种简单、有效的全桥平衡结构,减小了驱动信号变化时,运放输入共模的变化对电路的干扰;提出了双侧反馈结构,大大提高了系统线性度。设计完成了电荷积分器、全差分前置补偿电路、二阶积分器等电路。采用0.5μm两层金属两层多晶n阱CMOS工艺流片,测试结果显示：闭环系统噪声密度为75μg/Hz1/2,系统灵敏度为1.32 V/gn,非线性度0.085%,功耗40 mW。结果显示本次设计满足微加速度计接口电路的设计要求。     

Sigma-Delta微加速度计非理想因素建模与系统级设计

为了简化Sigma-Delta( ∑△)微加速度计接口电路晶体管级的仿真和优化,建立了系统中的非理想因素模型,并在此基础上完成了一种单环结构的∑△微加速度计的系统级设计.分析了敏感结构中固定极板运动、时钟抖动、开关热噪声、运算放大器噪声等非理想因素对系统的影响,并分别建立了Simulink模型.基于所建模型,设计了一种...     

一种用于加速度计中的五阶sigma-delta调制器

采用C HRT 0.35μm CMOS工艺,设计实现了一种用于加速度计中的单环五阶s igma-delta(ΣΔ)调制器。在M ATLAB/Simulink下对调制器进行建模,优化参数实现一个稳定的高阶系统,利用根轨迹法分析了系统的稳定性。该电路在250 k Hz采样频率、3.3 V电压下功耗为3.4 m W。后仿真结果显示,在1k Hz信号带宽下信噪比为108.6 d B,有效位数约为18位,满足了加速度计对后级高精度调制器的要求。     

200kHz信号带宽90dB动态范围的高阶∑-△调制器

设计了一个在信号带宽200kHz下,动态范围超过90dB的5阶单环单比特∑-△调制器,该调制器能够很好的应用于中低频GSM接收机中。为了降低电路的复杂程度,提高系统抗噪性,该调制器采用了具有前反馈和负反馈分支的∑-△结构。Matlab仿真结果显示,在1．8V工作电压、0．18μm CMOS工艺条件下,采样频率为21MHz,SNDR为93．9dB,功耗为9．5mW,该系统具有较高实用价值。     

力平衡框架结构加速度计的设计

本文提出了一种基于ICP刻蚀以及静电键合工艺的新型微机械加速度计结构,并通过MATLAB软件对该加速度计系统进行了仿真.这种框架结构可以有效地增大结构静态电容,以便在闭环工作时能产生更大的静电力.它的整体尺寸为2 800μm×3000μm×60 μm,结构惯性质量为0.14 mgn,静态电容为3.618pF,抗过载能力超过5000 gn.通过系统仿真,该加速度计的电压灵敏度为90 mv/gn,量程为±50 gn,系统带宽是10 kHz.     

硅微陀螺带通ΣΔ闭环检测环路设计

本文研究了SDM调制器在陀螺闭环检测中的应用,主要针对其闭环检测的结构设计和参数获取作了相应的研究和阐述。硅微机械陀螺敏感模态为二阶模态,基于SDM调制器的设计原理,结合DSToolbox来设计整个闭环检测电路,得到闭环检测电路的结构和参数。最终仿真得到的闭环检测系统的信噪比达到了106 dB。在量程为±200°/s,带宽为200 Hz时,分辨率可以达到0.001°/s。     

数字闭环石英挠性加速度计表头离散化研究

数字闭环加速度计可以解决传统模拟加速度计在输出电流到数字量(I/D)转换中带来的精度损失问题,而为实现数字闭环需将加速度计表头进行离散化.针对这一问题提出了一种表头离散化方法,将石英摆片、采样开关与零阶保持器整体离散化.建立数字闭环系统离散域数学模型,基于此模型进行仿真研究,仿真表明:此离散化方法可行,系统阶跃响应超调在10％左右,闭环带宽达到300 Hz以上.将其应用在数字闭环加速度计的实验系统,验证了仿真结果,为数字闭环加速度计的深入研究提供必要的理论指导和实验基础.     

MEMS加速度计信号光电检测与电容检测的噪声分析

在高精度MEMS扭摆式加速度计电容检测和光电检测实现原理的基础上,分析了该加速度计热机械噪声和电学噪声特性.该加速度计结构在品质因数Q=1和Q=85时,热机械噪声分别为2.4μgn/根号Hz和0.28 μgn/根号Hz.对于电学噪声,电容检测的电学噪声为3.27 μgn/根号Hz,光电检测在只考虑电学噪声时能分辨的最小加速度可达0.05 μgn.对比得出对于扭摆式加速度计结构,光电检测具有比电容检测更小的系统总噪声.     

MEMS半填充气相色谱柱研究

采用MEMS技术设计了一种微型半填充气相色谱柱,运用深反应离子刻蚀(DRIE)技术,对器件刻蚀深250μm,其微型色谱柱总长度为1m,宽度为160μm,槽道内部填充20μm×20μm微型柱。采用静态涂覆法对色谱柱涂覆SE—54固定相。通过理论模拟分析柱结构,得出微型半填充色谱柱具有高分离效率能力。在对酯类化合物分离测试中,选取了含酯类的化学战剂模拟剂和几种酯类食品添加剂,分别对其进行分离,所有组分在75s内被完全分离。实现了微型半填充色谱柱快速并具有高分离率。     

基于有限元分析的MEMS热电制冷器仿真设计研究

优化的结构对设计具有较高热电转换效率的微型MEMS热电制冷器具有重要的意义。应用伽辽金有限元法构造了热电效应的耦合控制方程组,通过计算机仿真,采用数值计算的方法考察了微型MEMS热电制冷器模型中P,N级材料长短,横截面积和基底材料厚度的变化对微型MEMS热电制冷器件热电转换效率的影响,对设计高效的微型MEMS热电制冷器件提供了一种理论依据。     

电梯轿厢噪声主动控制系统与实验

针对高速电梯运行过程中所产生的轿厢噪声,基于主动噪声控制(ANC)技术,设计并开发了一个3入1出的多通道DSP自适应控制系统。利用该系统在模拟电梯环境中,分别针对130 Hz单频正弦噪声,正弦加白噪声和录取的电梯轿厢嗓声进行了控制实验,获得了20 dB,12 dB,8 dB的降噪效果,验证了本文系统在高速电梯轿厢噪声控制中的可用性和有效性。     

Fabrication of a MEMS capacitive accelerometer with symmetrical double-sided serpentine beam-mass structure

This paper presents a symmetrical double-sided serpentine beam-mass structure design with a convenient and precise process of manufacturing MEMS accelerometers. The symmetrical double-sided serpentine beam-mass structure is fabricated from a single double-device-layer SOI wafer, which has identical buried oxides and device layers on both sides of a thick handle layer. The fabrication process produced proof mass with though wafer thickness (860 μm) to enable formation of a larger proof mass. Two layers of single crystal silicon serpentine beams with highly controllable dimension suspend the proof mass from both sides. A sandwich differential capacitive accelerometer based on symmetrical double-sided serpentine beams-mass structure is fabricated by three layer silicon/silicon wafer direct bonding. The resonance frequency of the accelerometer is measured in open loop system by a network analyzer. The quality factor and the resonant frequency are 14 and 724 Hz, respectively. The differential capacitance sensitivity of the fabricated accelerometer is 15 pF/g. The sensitivity of the device with close loop interface circuit is 2 V/g, and the nonlinearity is 0.6 % over the range of 0–1 g. The measured input referred noise floor of accelerometer with interface circuit is 2 μg/√Hz (0–250 Hz).     

一种超宽带低噪声放大器

提出一个共源共栅结构的超宽带低噪声放大器。该电路基于台积电0.18μmCMOS工艺,工作在3GHz～5GHz频率下,用来实现超宽带无线电。仿真结果表明,该低噪声放大器有最大13.6dB的增益。整个频段噪声系数小于1.9dB。输入和输出反射损耗都小于-11dB。一阶压缩点在-15dBm左右。功耗为18.7mW。     

高速率通信网络下时变系统的有限时域H∞控制

针对高速率通信网络和Round-Robin（RR）协议影响下网络化时变系统的有限时域[H∞]控制问题，考虑到系统中存在乘性噪声、随机时滞和量化效应，提出了一种基于观测器的有限时域[H∞]控制器的设计方法。利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality，LMI）技术得到有限时域[H∞]控制器存在的充分条件。基于锥补线性化（Cone Complementarity Linearization，CCL）方法通过求解一组递归矩阵不等式得到观测器和控制器参数。所设计的控制器保证闭环网络化时变系统在给定的时域内稳定，且满足预定的[H∞]性能指标。数值仿真验证了所提方法的有效性。     

一种低噪声MEMS加速度计设计与制作

为了提高微加速度计的噪声性能,研究了一种基于绝缘体上硅(SOI)技术的单轴MEMS加速度计的设计和加工方案。该微加速度计采用大面积质量块的电容式检测结构,通过增加检测质量,在保证灵敏度的前提下,有效地降低了微加速度计的机械布朗噪声,增强了信噪比。另外,该微加速度计采用一种基于Al保护层的MEMS SOI工艺技术制造,有利于提高微加速度计的整体精度水平。测试结果表明:微加速度计的本底噪声为20μgn/√Hz,灵敏度为2.5 V/gn。     

CMOS脉搏血氧采集传感器信号处理电路设计

针对脉搏波信号幅度小噪声大等问题,提出并设计了一款基于CMOS的脉搏血氧采集传感器信号处理电路.采用UMC 0.18 μm 1P6M CMOS工艺进行设计,提出一种能有效放大微弱信号、减小噪声且滤除高频信号的信号处理电路,从而使信号达到模数转换的输入范围.芯片测试结果表明:该芯片在1.8V单电源的供电下,输出动态范围为0.7V~1.4V,芯片的可变增益范围为30 dB~54 dB,共模抑制比和电源抑制比均大于88 dB,芯片的总体功耗为360 μW,达到了预期的效果.     

主动约束层阻尼梁有限元建模与动态特性研究

基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系,利用Hamilton原理,推导了主动约束层阻尼梁的有限元动力学模型．结合压电材料的机电耦合特性,采用自感电压的位移反馈,研究了主动约束层阻尼梁的闭环控制特性．求解了主动约束层阻尼简支梁的动态特性如固有频率、模态损耗因子及频率响应特性等．对被动控制、主动控制和主被动混合控制的控制效果进行了分析比较．研究了粘弹性层与约束层厚度等参数对减振控制效果的影响．     

基于噪声消除技术的超宽带CMOS低噪声放大器设计

为满足3.5 GHz单载波超宽带无线接收机的射频需求,设计了一种工作在3～4 GHz的超宽带低噪声放大器。电路采用差分输入的CMOS共栅级结构,利用MOS管跨导实现宽带输入匹配,利用电容交叉耦合结构和噪声消除技术降低噪声系数,同时提高电压增益。分析了该电路的设计原理和噪声系数,并在基于SMIC 0.18μm CMOS射频工艺进行了设计仿真。仿真结果表明:在3～4GHz频段内,S11和S22均小于-10 dB,S21大于14dB,带内起伏小于0.5dB,噪声系数小于3dB;1.8V电源电压下,静态功耗7.8mW。满足超宽带无线接收机技术指标。