全数字挠性加速度计加矩设计与读出精度分析

针对石英挠性加速度计全数字闭环系统设计问题,开展了对加速度计力矩器的结构和工作原理以及与加速度数据输出的关系的分析,对加速度计力矩器的驱动和加速度计的读出精度等方面进行了研究,提出了一种数字脉宽调制(PWM)电路对力矩器进行的驱动方法,该方法不仅实现PWN对加速度计力矩器的驱动,并且该PWM数字电路的占空比参数直接作为加速度数字信号输出。利用PWM数字脉冲对加速度计力矩器进行驱动实现加速度计全数字闭环读出,对加速度计全数字读出系统进行了仿真和实验测试。研究结果表明,在一定范围内,通过调整力矩器外接电阻、PWM频率和逻辑位数,全数字挠性加速度计闭环读出电路可以测得标准偏差为1.5×10-5g,精度为10-4g的加速度值,该方法精简了电路,减少了模拟驱动电路引起的干扰。     

电容式加速度计读出电路芯片设计

针对实验室的差分电容变化量为fF量级、频带宽度为0~20kHz的电容式加速度计,设计了一种可以有效减少噪声、失调电压和寄生电容影响的读出电路。该电路由开关电容积分电路、低噪声运放和单位增益采样保持电路组成。在0.5μm 2P3MCMOS工艺下完成该电路设计,通过仿真结果表明,该电路的输出电压与差分电容变化量成很好的线性关系,可以检测差分电容变化量达到fF量级。     

微加速度计中Sigma Delta调制与 脉冲编码调制的对比分析

对Sigma Delta调制与脉冲编码调制进行对比,研究了Sigma Delta调制与脉冲编码调制的优缺点。建立了微加速度计中两位输出的Sigma Delta调制和两位输出的脉冲编码调制的仿真系统。然后,对比使用这两种调制方式的微加速度计的加速度信号,并分析在两种不同调制方式下的输出信号波形的差别。最后,利用周期图法得到了两种调制信号的功率谱密度图,发现在低频段脉冲编码调制信号的量化噪声比Sigma Delta调制信号大很多;而在高频段,两种调制方式信号的量化噪声一样严重。仿真结果表明,尽管Sigma Delta调制系统比脉冲编码调制系统更加复杂,但是Sigma Delta调制得到的信噪比要比脉冲编码调制得到的信噪比高出20 dB。     

基于厚膜电容传感的微位移信号处理电路设计

设计了一种基于电容数字转换芯片AD7745和单片机C8051F040微位移检测信号处理电路,给出了电容式微位移传感器的设计制备原理、C8051F040软硬件设计、输出转换电路的设计, 阐述了微位移检测电路信号提取及转换过程.实验结果表明:设计的微位移信号处理电路提高了厚膜微位移电容传感器的稳定性及抗干扰能力,并使传感器在量程100 μm的范围内线性度由6.10%提高到0.67%.     

电容式微机械惯性传感器信号检测技术研究

针对具有差分电容接口的微机械惯性传感器提出了一种基于电荷放大器和相关检测技术的接口电路方案.采用电荷放大器作为电容-电压转换电路,来去除传感器本身以及传输导线引起的寄生电容的干扰.利用PSPICE模拟了桥路的不对称性对电路输出的影响,经过比较采用单载波差分电桥结构以进一步增大电容检测的灵敏度.采用相关检测技术进行解调,通过解调电路对前置输出电压和载波信号进行相关运算从而消除电路的宽频噪声;给出了包括布线、接地、去耦等电路工艺的设计原则.采用一组标定电容作为传感器的模型进行了实验,实验电路灵敏度可以达到195V/pF,最小分辨率为1fF.采用该方案能够满足对普通精度的电容式微机械惯性传感器信号的检测.     

微电容检测电路的设计和噪声分析

微电容检测电路需要测量由电容式微机械超声换能器产生的高频微弱且夹杂噪声的信号,针对此问题,文中首先设计了基于跨阻放大的检测电路;然后构建了检测电路的等效噪声模型,并根据噪声理论和叠加原理,推导了电路的输出噪声计算公式,进而算出电路噪声电压;最后通过水下测试系统的搭建验证了微电容检测电路的可行性,并测得电路实际检测精度为5 n A,与理论计算检测精度为相同量级,证明了文中提出的噪声模型与计算公式的正确性。     

闭环电容式微加速度计全差分CMOS接口电路

提出了一种用于电容式微加速度计的低噪声、高线性度全差分接口电路.基于开关电容检测技术,该电路采用一种新的双路反馈结构来提高系统线性度,并采用2 μm n阱CMOS工艺完成芯片设计.仿真结果证明,电路中采用的双路反馈和全差分检测结构使系统的线性度达到0.01%.加入经过优化设计的比例-微分-积分控制器后,有效减小了系统稳...     

基于MS3110的微电容读出电路设计

电容式MEMS加速度计是MEMS加速度计的一种主要的形式。通过对MS3110的应用研究,了解其使用性能和参数设置方法,在此基础上将该芯片用作电容式MEMS加速度计的电容输出接口,实现对该类传感器的高分辨率微电容检测。实验结果表明,设计的基于MS3110的微电容读出电路有良好的稳定性和线性度。     

微小差分电容检测电路设计

介绍一种MEMS电容式微加速度计的结构和等效电路,然后介绍了开关电容放大器的工作原理,最后用可消除寄生电容的等效跨阻取代普通开关电容运放中的并联模拟电阻.设计了一种对寄生电容不敏感的电容-电压转换电路,该电路可用于检测电容传感器的微小差分电容.     

数字闭环加速度计的带宽测试

为了测试数字闭环加速度计系统的带宽,对国军标1037A-2004中的电模拟法进行了改进。首先,讨论了用国军标1037A-2004中的电模拟法测试数字闭环加速度计带宽存在的不足,然后,对加入激励信号的数字闭环加速度计系统的检测电路及闭环控制模型进行分析。分析显示,在系统的反馈回路加入激励信号最终可以在输入端等效为外界输入加速度,且该系统的动态模型与传统机械激励测试法系统的动态模型一致。最后,提出一种在数字闭环加速度计的反馈回路外加激励信号来测试该系统带宽的方法。实验表明:数字闭环加速度计系统的实测-3dB带宽值为320Hz左右,与理论值(345Hz)基本吻合。该方法具有精度高、误差源少、便于在线测试等特点,可满足大多数数字闭环加速度计的带宽测试要求。     

新型运载火箭中电容式液位传感器接口专用集成电路

为了提高新型航天运载火箭中电容式液位传感器系统的电容检测性能,设计了一款适用于航天运载火箭中电容式液位传感器的接口专用集成电路(Application Specitic Integrated Circuit,ASIC)芯片。首先,完成了整体电路的系统级设计,实现了对电容式液位传感器输出电容的线性检测,将传感器输出电容量转化为与之呈线性关系的电压量输出。然后,对接口ASIC芯片的线性度、噪声特性和温度环境适应性进行了理论分析与研究。最后,采用0.5μm CMOS工艺完成接口ASIC的流片,并进行了芯片的性能测试。实际测试结果显示,芯片电容检测非线性为0.005%,输出噪声密度3.7aF/Hz~(1/2)(待测电容40pF),电容测量稳定性7.4×10-5 pF(参考电容40pF,待测电容40pF,1σ,1h),输出零位温度系数4.5μV/℃。测试结果证明,该接口ASIC的电容检测性能已经达到国外最高性能的电容式液位传感器液位测量芯片的水准,可以广泛应用到多种电容式检测传感器中。     

基于带通Σ-Δ调制器的硅微机械陀螺力反馈闭环检测

为了提高硅微机械陀螺(SMG)的性能,研究了一种基于四阶机电结合带通Σ-Δ调制器(SDM)的硅微机械陀螺力反馈闭环检测方法。基于谐振器级联谐振前馈(CRFF)结构设计了该方法的仿真模型,并利用商用软件SD TOOLS计算了环路参数。采用MATLAB/SIMULINK对设计结果进行了行为级仿真,结果表明,1 Hz条件下环路的信噪比达到了109.2dB,符合设计预期。在此基础上,以现场可编程门阵列(FPGA)为数字处理核心搭建了硅微机械陀螺数字化测控电路并进行了性能测试。结果表明,采用带通SDM闭环检测技术和数字化闭环驱动技术后,硅微机械陀螺的Allan方差零偏不稳定性约为1.15(°)/h,角度随机游走约为7.74×10-2(°)/√h,且信噪比参数满足了设计目标。得到的结果证明了设计方法的正确性;显示提出的带通SDM力反馈闭环检测方法有助于提高SMG的性能,拓展其应用领域。     

高性能微加速度计接口电路的研究

介绍一种可用于微机械电容式加速度计检测的接口电路，该电路利用电荷放大器把电容变化转变成电压变化，再对被加速度信号调制的载波信号进行解调，经过低通放大滤波，最后得到与加速度信号成正比的直流电压信号，具有测量差分电容变化的功能和灵敏度高、线性好的特点。整体电路通过Pspice进行了仿真，优化后制成PCB板进行实验。实验结果线性度为5％，灵敏度为19．5V／pF，表明该电路是一种具有实用价值的电容式加速度计检测接口电路。     

调幅式电容位移传感器的峰值检波电路设计

针对调幅式电容位移传感器解调过程中由系统不确定相移导致的信号解调不准确问题,提出了一种基于改进的峰值保持电路的调幅式电容位移传感测量方法。首先,分析了调幅式电容位移传感器及其检测电路的工作原理,在研究调幅信号附加相移产生机理的基础上,提出了延迟反馈式峰值保持电路,用以去除附加相移对峰值解调的影响。然后,设计并制作了调幅式电容位移传感器,并对其各个性能指标进行了测试。最后,对实验结果和误差进行了分析。实验显示,提出的峰值保持电路的输出线性度优于0.05%,制作的传感器在0～25μm内数据测量稳定性优于10nm/30min,传感器测量偏差最大值为36nm。结果表明,采用延迟反馈型峰值保持电路有效地解决了系统不确定相移带来的峰值检波不准确的问题,所制作的电容传感器满足了高精度测量的要求。     

容栅数显尺与智能手机的无线连接

提出一种将容栅数显尺与智能手机无线连接组成轻便数据采集系统的方法,同时给出将容栅数显值转换为手机蓝牙信号的容栅-蓝牙接口方案。模拟测试结果表明,该系统可实现数显值的自动采集、处理与存储,具有体积小、重量轻、耗电低等优点,与PC机有线数据采集系统相比具有更大的推广应用价值。     

虚拟数字逻辑故障通用诊断系统设计方法研究

从数字系统故障检测的普遍性出发，在Maxplus Ⅱ／Quartus环境中运用CPLD设计了其ASIC，用开关DG1A05BW完成各引线的通用控制电路，借助Delphi强大的数据处理功能实现测试数据库的自动生成、图形化人格交互界面及故障测试，用后驱动技术提高故障定位能力，在PC机控制下虚拟地实现数字逻辑故障通用诊断系统。实验表明：系统具有硬件通用性强、编程灵活、扩展性好等特点。重点介绍其通用控制电路、CPLD设计及故障字典生成方法。     

基于USB总线的虚拟示波器

基于USB接口的虚拟示波器硬件电路设计了信号调理电路、A／D转换电路、数据缓存电路和USB通讯接口电路,采集结果通过USB通讯接口传给PC机,能够实现硬件和软件资源的共享,快速、方便地组建各种自动测试系统,对信号进行采样、数字滤波、频谱分析和波形显示,还能够对采集的波形数据进行存储、回放和共享。     

无刷直流电动机在客车外摆门控制中的应用

介绍了无刷直流电动机在客车外摆门控制系统中的应用 ,对无刷直流电动机采用了全数字控制 ,以C80 5 1F单片机为核心 ,专用控制芯片M330 35、M330 39和驱动芯片IR2 1 30构成控制器。论述了控制方案的原理、硬件组成和软件功能 ,实验结果表明该系统能够实现客车外摆门运行稳定。     

小型化硅微谐振式加速度计的实现与性能测试

设计了一款由微机电系统和专用集成电路构成的小型化硅微谐振式加速度计。该加速度计采用80μm厚SOI工艺加工微机电系统(MEMS)结构,采取真空封装技术降低结构噪声。首先,采用振荡信号作为自动增益控制电路中斩波器的控制信号,降低了闪变噪声且不会引入额外的功耗。其次,使用线性区工作的乘法器取代传统的吉尔伯特单元,通过大幅降低系统总体供电电压来降低功耗。最后,采用复位计数器进行频率数字转换,在所关心的带宽内抑制量化噪声。实验显示:该加速度计在达到±30 g线性量程的前提下,实现了2.5μg/√Hz的分辨率和1μg的零偏不稳定度。此外,为了减小电路自身发热引起的温度漂移,该样机的功耗被控制在3.5mW以内,系统集成后的尺寸约为45mm×30mm×20mm。基于所述技术,系统在体积、功耗和性能方面均有较大的提升。