应用于谐振式微悬臂梁接口电路的锁相环设计

针对谐振式微机电系统(MEMS)微悬臂梁传感器对接口电路自动锁频的需求,设计一种输出幅度约为400mV正弦波锁相环(PLL)电路,与MEMS悬臂梁单片集成构成闭环自激/检测系统.PLL电路设计了一种改进的差分型环形压控振荡器结构,既实现电压控制也可通过电流调控,以及死区时间优化的鉴频鉴相器,高匹配的电荷泵等电路.传...     

谐振微悬臂梁传感器的工作原理及其在生化检测中的研究进展

谐振微悬臂梁是一种可以将质量变化转换为频率信号的微质量型传感器,因其分辨率高、灵敏度高、成本低、易于集成和小型化等优点而备受关注。谐振微悬臂梁现已被广泛应用于流量控制、生物医学痕量检测、气态和液态分子分析等领域。近年来,随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）技术的快速发展,针对谐振式微悬臂梁传感器的研究与应用越来越多,对近年来谐振式微悬臂梁传感器在环境检测、生物医学等领域的具体应用进行了综述,并对未来的发展方向做出了展望。     

微悬臂梁谐振式气体传感器研究进展

微机械谐振式传感器已经成为微型机电系统(MEMS)领域的研究热点。讨论了微悬臂梁谐振式气体传感器的工作原理,介绍微悬臂梁表面修饰的关键技术、主要方法和基于微悬臂梁的谐振式气体传感器领域的研究状况以及近五年以来该领域的研究进展,并对基于微悬臂梁的谐振式气体传感器的发展方向和应用前景做了展望。     

平面内谐振式微悬臂梁生化传感器的设计与制造

给出了一种新型的基于平面内谐振模态的电热驱动微悬臂梁的工作原理和制造方案。相比于传统的平面外谐振模态谐振式悬臂梁,该设计能有效地降低微悬臂梁在液体中工作时的拖曳力,从而降低其振动能量损失,使得其接入锁相环接口电路后的闭环品质因数达到了249。电热驱动和压阻检测方式便于工艺集成和快速检测。本文给出了基于SOI硅片和深反应离子刻蚀(DRIE)的悬臂梁制作方案,并分别在空气和水中对悬臂梁的谐振特性进行了测试。     

基于微悬臂梁的生化传感器

由微机械加工技术和集成电路工艺制作的微悬臂梁,通过在其表面修饰以生化敏感层,能将电、热、应力和化学等信号变化转换成一个机械响应,配合以信号采集电路和测量系统,能够达到很高的灵敏度和精度。回顾微悬臂梁作为传感器的发展历程,介绍悬臂梁的工作原理,微梁的激励、检测方法以及基于微悬臂梁阵列传感器的优点,总结了世界上硅基微悬臂梁生化传感器的最新动态,并且展望微悬臂梁传感器这一新领域的应用前景。     

高性能微机械陀螺接口电路研究

微机械陀螺输出信号非常微弱,从系统角度对其接口电路进行研究,采用闭环驱动,通过改善驱动信号稳定性及陀螺输出端接口电路,系统性能得到较大提高,改善后系统灵敏度9.8 mV/(o)·s-1,非线性度0.43%,分辨率达180°/h.     

一种扭转谐振式MEMS电场传感器

提出了一种基于微机电系统(MEMS)的扭转谐振式电场传感器。该微型电场传感器的感应电极与屏蔽电极采用共面叉指结构,首次采用扭转谐振的工作方式,显著提高了微型电场传感器的灵敏度。介绍了传感器的工作原理、结构设计、有限元仿真及实验。实验结果表明:在0～50 kV/m电场范围内,该传感器的线性度为0. 14%,3个往返行程的总不确定度优于0. 43%。在增益电阻为100 MΩ的情况下,传感器灵敏度达到4. 55 mV/(kV/m),相对已有传感器灵敏度提高了1个数量级。     

低压低功耗CMOS微电容式传感器数字型接口电路研究

针对便携、无线设备的低电压、低功耗需求,基于TSMC 0.18μm CMOS工艺设计提出一种面向CMOS微电容式传感器的接口转换电路。将敏感电容、参考电容与接口电路集成于同一芯片,可以将对湿度敏感的电容变化量线性转换为方波脉冲信号的宽度,并直接输出数字信号。实验仿真结果显示在1.5 V电源供压下电路消耗的功耗仅为1.95 mW,转换分辨率达到4.38μs/pF,与同类接口电路相比具有线性度好、有效减少电容间失配和对温度与工艺角变化不敏感等优点。     

基于微悬臂梁传感器的微弱风力检测系统设计

针对现有技术对微弱风力检测困难的问题,搭建基于微悬臂梁传感技术的微弱风力检测系统并实现微弱风力检测.传感器平台使用光纤耦合激光器作为光源,对微悬臂梁自由端进行照射.由微弱风力导致的微梁自由端的微小位移经过光杠杆原理放大,通过四象限探测器感光表面上的光斑相对位置实现对微弱风力的检测.利用编写的LabVIEW程序进行数据采集控制,并实时显示微悬臂梁偏转位移曲线.实验结果表明:微悬臂梁的偏转位移和风力具有较好的线性关系,系统3倍噪声对应的风力约为1.5×10-4N,风力检测结果的平均标准差为6.7 ×10-9N,实验数据具有较高重复性.     

基于微悬臂梁的化学传感器的灵敏度研究

基于探测的原理,在动态模式下,首先对不同结构梁的本征频率偏移量进行了有限元分析,结果表明三角形梁的灵敏度最高。然后重点针对不同结构参数的三角形梁进行了动态计算,获得了其频率偏移量随结构参数变化的关系曲线。另外,通过静态模式下的有限元计算,发现各种梁自由端的偏移量相同,表明它们的静态灵敏度与形状无关。最后,对三角形梁在不同测量模式下结构参数的优化设计进行了分析。     

高性能电荷泵电路设计

本文针对传统电荷泵电路中的电荷注入、时钟馈通、电荷共享和充放电失配等非理想因素,设计了一种高精度电荷泵,降低了锁相环(PLL)的相位噪声。基于CHARTERED 0.25um CMOS的Bsim3模型,采用Cadence的Spectre仿真器对该电路进行了模拟仿真,结果表明该电路与传统的电荷泵相比具有更高的精度。并解决了传统电荷泵中的电荷注入、时钟馈通、电荷共享和充放电失配等问题,显著提高了电荷泵精度。     

锁相环环路特性新型分析和优化方法研究

在分析Ⅱ型整数分频锁相环稳定性、锁定时间、相位噪声和参考杂散等特性的基础上,推导了锁相环的最优稳定条件,提出了一种基于环路非线性特性的新型锁定时间模型并推导得出对应的锁定时间公式,分析了锁相环中的相位噪声和杂散与环路特性之间关系。为验证理论分析结果,利用MATLAB软件完成了锁相环建模仿真,设计了基于ICS663和ICS674的Ⅱ型整数分频锁相环电路并完成了相关测试工作。仿真及测试结果均与理论分析相吻合,表明了锁相环锁定时间与初始频率差成正比而与其环路截止频率ωC的平方成反比,杂散噪声贡献与锁相环参考频率ωREF和ωC之比的平方成反比,在压控振荡器噪声贡献占主导的情况下输出相位噪声性能只由ωC决定而与其他环路参数无关。     

射频锁相环电路工作特性仿真与分析

射频锁相环是一种能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统,此类电路具有负反馈闭环特点、系统状态多,工作特性复杂,其故障诊断和定位是无线电设备维修保障中的难点问题。针对上述问题,研究了射频锁相环电路的工作特性与故障定位方法。首先,针对典型射频锁相环电路,推导得到了其数学模型。然后,建立了其电路仿真的模型,仿真分析了环路四种主要工作状态和各模块对环路整体性能的影响。最后,采用开环故障隔离与关键节点信号比对法进行环路故障定位。研究结果为模拟锁相环电路故障诊断提供了理论依据,对实际电路故障诊断具有一定参考价值。     

MEMS石英振梁高增益谐振电路的设计与分析

介绍了一种基于新型高阻抗QVBA的高增益谐振电路设计和谐振电路的分析测试实验。利用阻抗分析仪4294A测得石英振梁的等效参数,对石英振梁的电气特性进行分析,发现高阻抗石英振梁起振比普通晶振需要更高增益。基于双门振荡电路,利用运算放大器在开环系统中具有无限增益的理论,提高谐振电路的驱动能力。同时采用谐波抑制网络,指出谐波抑制网络可以抑制无用的频率避免传感器输出信号出现泛音频率,并提高谐振电路的稳频速度。考虑电噪声对输出波形质量的影响,在电路的输入部分采用滤波电容,并在电路的输出部分采用反向器整形,使电路输出标准的方波信号。最后利用安捷伦DSO5012A型号示波器和频率计对高增益谐振电路和石英振梁组成的谐振系统进行测试,测试结果表明本文设计的谐振电路与石英振梁组成的谐振系统可以输出标准的方波信号,输出频率精度达到10-5 kHz,在振动稳定以后频率变化小于0.1 Hz,无泛音频率出现,对研究高精度MEMS加速度计传感器具有重要意义。     

基于FPGA的数字锁相环设计

介绍了一种应用VHDL语言设计数字锁相环的设计方法,阐明其基本工作原理和设计思想,给出了系统主要模块的设计过程和仿真结果;用可编程逻辑器件FPGA予以实现。该方案提高了DPLL的快速锁定性能,同时保证了锁定精度。     

集成锁相环CD4046在电力参数测试仪中的应用

介绍了集成锁相环CD4046的工作原理及其内部结构,给出了CD4046在电力参数测试中的具体应用实例,并给出了实际测量的参数和锁相频率稳定范围。     

基于USB接口的高速数据采集系统设计

本文给出了一种高精度实时数据采集系统的实现方式，应用USB接口，实现了PC机界面显示和远程控制功能，通过试验已验证其可靠性和稳定性。可以将该系统拓展运用到多种场合，具有很强的实用价值。     

电荷泵锁相环电路建模与仿真

电荷泵锁相环是一种能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统,此类电路具有负反馈闭环特点,系统状态多,工作特性复杂,其设计与仿真分析一直是电子设备时钟系统的难点问题。针对上述问题,研究了电荷泵锁相环电路的设计步骤与仿真分析方法。首先,推导电荷泵锁相环各模块的数学模型;其次,建立了各模块电路仿真模型,仿真分析了环路稳定性以及各模块对环路整体性能的影响。研究结果为电荷泵锁相环电路的设计与仿真提供了理论依据,对实际电路设计具有一定参考价值。     

基于DDS和PLL的宽带时钟发生电路设计

针对高速任意波形发生器对高精度、宽带时钟电路的需要,提出了一种通过DDS加PLL的可变时钟设计方法。对DDS参数的选择、锁相环倍数的选择进行了详细分析,并对相位噪声的指标分配进行了论证,最后给出了输出频率范围为200MHz-1．25GHz的时钟电路的设计方案。通过实验验证,证明了上述分析的正确性。     

基于改进型二阶广义积分器的单相锁相环设计

针对传统基于二阶广义积分器的锁相环(SOGI-PLL)存在谐波抑制能力差、抗直流干扰能力不强的问题,提出了一种基于改进型SOGI的新型锁相环结构。该结构将两个SOGI模块串联,可以很好地消除电网存在的谐波分量以及直流干扰。针对传统的锁相环结构在面临电网频率波动时,无法对其进行自适应跟踪这一不足,采用了过零检测的方法来获得电网的实时频率,并将其直接馈送至改进的SOGI结构的谐振频率处,有效地提高了锁相环的频率自适应能力。仿真和试验结果均表明,所设计的改进型二阶广义积分器的锁相环具有锁相精度高、动态性能好的优点,对单相光伏并网技术的实现具有很好的参考价值。