高分辨力闭环微加速度计接口电路

本文报道一种电容式闭环微加速度计的低噪声、开关电容CMOS接口电路。采用相同电极分时复用的方法,从而避免电容敏感与静电力反馈的馈通现象。并设计PID电路保证真空封装的高Q值加速度计的闭环稳定性及动态响应特性。整体电路结构只需单端放大器,传输门和电容。测试结果显示,接口电路工作在±5V条件下,整体微加速度计具有±3g满量程,非线性0.05%,800Hz带宽,刻度因子为1.2V/g,噪声密度为0.8μg/ 。芯片采用2um 双金属双多晶N阱CMOS工艺加工,芯片面积15.2 mm2。测试结果证明,本文电路达到高精度微加速度计系统设计要求,可以应用到地震监测、石油勘探等领域中。     

用于数字闭环加速度计的差动电容检测电路

数字闭环加速度计是加速度计领域最新的研究课题,它具有直接输出数字信号、累积误差小,采样时间短等优点,因此对差动电容检测电路的要求也很高。本文为满足数字闭环加速度计的需要设计的单载波调制解调型差动电容检测电路,分析了方案优缺点,给出了系统和检测电路的原理框图,以及各个功能模块的电路图和传递函数,最后通过实验验证,得到该电路满足灵敏度高,分辨性能好的要求,并且该电路在其他微弱信号检测领域也具有一定的实用意义。     

A low noise interface circuit design of micro-machined gyroscope

The analyses of MEMS gyroscope interface circuit on thermal noise, 1/f noise and phase noise are made in this paper. A closed-loop differential driving circuit and a low-noise differential detecting circuit based on the high frequency modulation are designed to limit the noise. The interface chip is implemented in a standard 0.5 μ m CMOS process. The test results show that the resolution of sensitive capacity can reach to 6.47 × 10^-20 F at the bandwidth of 60 Hz. The measuring range is ± 200°/s and the nonlinearity is 310 ppm. The output noise density is 5.8°/(h·√Hz). The angular random walk (allen-variance) is 0.092°/√h and the bias instability is 2.63°/h.     

数字闭环加速度计带宽测试方法的研究

为了消除传统电模拟法引入的激励信号对力矩器驱动模块造成的影响,提出了一种在数字闭环加速度计系统反馈回路数模转换器输入端叠加一个激励信号来测试系统带宽的方法.通过对该方法的电激励模型进行分析,表明在带宽测试时系统反馈回路D/A输入端叠加激励信号可以等效为外界输入的加速度.搭建测试平台测试系统带宽,实验表明,用该方法测得的数字闭环加速度计系统带宽与传统机械振动法的测试结果相接近.该方法未增加其它电路,降低了系统的复杂度,消除了电模拟法外加激励信号源对力矩器驱动模块的影响.此外,该方法操作快速简单、便于在线测试,可满足大多数数字闭环加速度计的带宽测试要求.     

微米光栅加速度计闭环检测技术优化与设计

提出一种基于Pound-Drever-Hall(PDH)调制技术的新型闭环控制方法,优化了微米光栅加速度计的信噪比和静态检测精度.采用电磁驱动实现自校准和反馈控制,相对于静电驱动降低了功耗提升了反馈效率,解决了开环检测方式下测量范围和灵敏度不可兼得的难题.对系统光学输出的干扰源进行本质分析,通过将闭环误差信号调制到高频...     

数字闭环石英挠性加速度计信号检测技术

数字闭环石英挠性加速度计可以有效地解决传统模拟式加速度计在模数转换中引起的精度损失问题,而数字式加速度计的精度主要取决于差动电容检测环节。阐述了数字式加速度计的工作原理,重点设计了差动电容检测方法,利用单载波调制与数字自相关解调技术构建完整的数字式加速度计信号检测方案。搭建数字式加速度计原理样机,对其进行0 g/1 g稳定性测试,得到数字式加速度计0 g/1 g零偏稳定性分别为17.595 0 g、19.363 7 g、20.715 3 g。测试结果表明,当前的数字式加速度计精度达到了模拟式加速度计精度量级,有效验证了该方案的可行性及正确性。     

二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计

针对非制冷红外技术的低成本高性能应用,提出了基于SOI的二极管红外探测器及其读出电路的集成设计方案。阐述了二极管非制冷红外探测器的基本原理和工艺实现。对探测器的电学特性进行理论推导,得出读出电路的设计指标。采用连续时间自稳零电路结构实现探测器输出信号的低噪声低失调放大,采用级联滤波器以减弱开关非理想因素的影响,并采用片内电容采样保持,使得I/O引脚数较少,从而减小版图面积。采用spectre工具进行仿真,在CSMC 0.5 m 2P3M CMOS工艺下实现。结果表明:读出电路性能良好,闭环增益为65.8 dB,等效输入噪声谱密度为450 nV/Hz,等效输入失调电压100 V以内,功耗为5 mW,能实现探测器信号的准确读出。     

绝热CMOS与传统CMOS接口电路的设计

为了将绝热CMOS电路嵌入到传统电路系统中替代耗能较大的部件，本文研究并设计绝热CMOS电路和传统CMOS电路两者之间的接口电路：传统CMOS到绝热CMOS （Traditional CMOS to Adiabatic CMOS, TC/AC）的接口电路、绝热CMOS到传统CMOS （Adiabatic CMOS to Traditional CMOS, AC/TC）的接口电路。这样传统CMOS电路可以通过TC／AC接口电路来驱动绝热CMOS电路，绝热CMOS电路可以通过AC／TC接口电路来驱动传统CMOS电路，从而可以利用具低功耗特性的绝热CMOS电路来降低整个电路系统的功耗，增强绝热CMOS电路的实用性。最后计算机模拟验证了TC／AC接口电路和AC／TC接口电路逻辑功能的正确性。     

一种低噪声高线性度的微机械陀螺集成接口电路设计

This paper presents a continuous-time analog interface ASIC for use in MEMS gyroscopes. A charge sensitive amplifier with a chopper stabilization method is adopted to suppress the low-frequency noise. In order to cancel the effect caused by the gyroscope capacitive mismatch, a mismatch auto-compensation circuit is imple- mented. The gain and phase shift of the drive closed loop is controlled separately by an auto gain controller and an adjustable phase shifter. The chip is fabricated in a 0.35 μm CMOS process. The test of the chip is performed with a vibratory gyroscope, and the measurement shows that the noise floor is 0.003°/s√Hz, and the measured drift stability is 43°/h. Within -300 to 300°/s of rotation rate input range, the non-linearity is less than 0.1%.     

微型加速计全差分Σ-Δ接口IC

主要描述一种加速度感应系统全差分Σ-ΔCMOS接口IC。电容传感器接口由一个前端可配置开关电容(SC)电荷放大器和一个末端,一阶SCΣ-Δ调制器组成。本设计采用开关双采样技术(CDS)来消减低频噪声,能有效地隔离高性能Σ-Δ调制器和MEMS传感器。采用0.35μm CMOS技术,在3.3 V电源环境下能够理想工作。仿真结果显示该设计能达到0.55 V/g的精度。     

一种用于MEMS电容式加速度计的116dB动态范围CMOS读出电路

A high stability in-circuit reprogrammable technique control system for a capacitive MEMS accelerometer is presented. Modulation and demodulation are used to separate the signal from the low frequency noise. A low-noise low-offset charge integrator is employed in this circuit to implement a capacitance-to-voltage converter and minimize the noise and offset. The application-specific integrated circuit （ASIC） is fabricated in a 0.5 /μm one-ploy three-metal CMOS process. The measured results of the proposed circuit show that the noise floor of the ASIC is -116 dBV, the sensitivity of the accelerometer is 66 mV/g with a nonlinearity of 0.5%. The chip occupies 3.5×2.5 mm2 and the current is 3.5 mA.     

用于多个引伸计数据采集的接口电路设计

针对力学实验或生产加工的实际功能需求,以高性能单片机STC12C5410AD为核心设计开发了一套用于多个电子引伸计数据采集的电路系统。系统硬件电路以24位高精度A/D转换芯片AD7714为模数转换器件,并且运用其放大模块进行信号的放大处理;下位单片机程序采用Keil C51进行编写,系统上位机软件应用VB进行设计和开发。全套系统造价低、体积小、便携性好,能同时检测和显示1～3路形变信号,测试实验表明该系统检测精度高、实时性好,能满足力学性能实验和生产加工现场的实际功能需求,具有较大的应用价值。     

基于F28335的旋转变压器接口电路的应用设计

文中分析了旋转变压器的工作原理,提出了角度跟踪观察器的解码算法。基于F28335设计了旋转变压器的应用接口电路,应用Multisim软件对接口电路进行仿真分析,并进行了实验验证。该接口电路具有误差小、实时性好、可靠性高、抗干扰能力强等优点,能够实现电机在开、闭环工作方式下位置、速度的检测,具有较高的应用价值。     

基于 AM-OLED 立体显示接口电路的设计

为了将PC机上的视频源在双AM-OLED微型显示器上实现立体显示,设计了立体视频显示接口电路。对该系统所采用的人眼的双目视差原理和SVGA050微显芯片立体显示功能进行研究。针对AM-OLED显示器的结构与特点,提出了双VGA接口为视频输入接口、PIC18LF2550为MCU控制芯片,双AM-OLED微型显示器的立体显示系统的电路设计方案;介绍了母版和OLED板的设计以及主控器利用IIC串行总线对各模块寄存器进行配置。介绍了立体显示功能实现的原理和配置SVGA050微显芯片的立体功能控制参数的方法。实验结果表明,通过对开发的立体显示系统进行左右格式的立体视频源播放测试,实现了视频源在双1.27cm(0.5in)、800×600分辨率SVGA050微显芯片上的立体显示。最后验证了基于AM-OLED微型显示器的立体显示接口电路设计方案的有效性。     

微硅加速度传感器的发展

本文介绍了微硅加速度传感器自六、七十代发展至今,其代表产品的特点,对微硅加速度计三种典型代表形式进行了分析、指出其优缺点,并对目前微硅加速度计的发展趋势－检测空间加速度的三维加速度计进行了重点讨论。     

光电检测前置放大电路设计及稳定性分析

光电检测前置放大电路的设计直接影响整个检测电路的性能。选择光电二极管在光伏模式下工作,使用低输入偏置电流和低噪声放大器,设计了光电检测前置放大电路,重点分析了转换电路的稳定性,给出了转换电路元器件参数选择的依据。电路在实际应用中取得了良好的效果。     

一种分段隔离差分总线接口电路

全双工差分并行总线广泛应用在邮政与物流自动化分拣设备上,但较长的总线在工程应用中对安装、维护和驱动能力等可能造成不利影响。本文提出一种分段隔离差分总线接口电路,应用在长总线的每个节点电路,此电路作为主控机与其相邻模块电路之间、模块电路与模块电路之间的总线接口电路。它既兼容控制系统的原通讯协议,又能对主控机和各模块之间的电路进行了电气隔离,可将一条长总线分割成若干段,每段的长度为主控机到相邻模块距离或两相邻模块间距离。此电路的应用方便了安装和维护,并能提高总线信号的驱动能力和抗干扰性能。     

新型双向电容式MEMS加速度计特性分析

文章研究了一新型的栅形条电容MEMS加速度计,通过新型结构设计降低了传感器的机械噪声和电子噪声。用软件ANSOFT-Maxwell对栅形条电容的宽度、厚度及叠加宽度对检测电容的影响进行了分析。用深度离子刻蚀工艺和硅-玻璃键合工艺制作了传感器,初步测试结果表明其在X和Y方向的灵敏度分别为0.53pF/g 、0.49pF/g。制作的栅形条谐振子在大气下的品质因子达到514,说明栅形条结构可大大降低机械噪声。     

Characteristics of a novel biaxial capacitive MEMS accelerometer

A novel MEMS accelerometer with grid strip capacitors is developed.The mechanical and electrical noise can be reduced greatly for the novel structure design.ANSOFT-Maxwell software was used to analyze the fringing electric field of the grid strip structure and its effects on the designed accelerometer.The effects of the width,thickness and overlapping width of the grid strip on the sensing capacitance are analyzed by using the ANSOFT-Maxwell software.The results show that the parameters have little effect on the characteristics of the presented accelerometer.The designed accelerometer was fabricated based on deep RIE and silicon-glass bonding processes.The preliminary tested sensitivities are 0.53 pF/g and 0.49 pF/g in the x and y axis directions,respectively.A resonator with grid strip structure was also fabricated whose tested quality factor is 514 in air,which proves that the grid strip structure can reduce mechanical noise.