电容式微加速度计的闭环检测技术研究

针对分立元件电路噪声与干扰大的特点,设计了基于调制解调方法的微加速度计闭环检测系统,详细介绍了该闭环检测系统的原理框图及实现方法,讨论了该闭环检测系统的数学模型,并且利用精密转台对该微加速度计的性能进行了测试,测试结果表明,该微加速度计测量线性度为2.5%,量程为±1g,刻度因子为3V/g。     

数字闭环石英挠性加速度计量化误差分析与实验研究

数字闭环方案可以减小模拟伺服方案中A／D转换环节所引入的精度损失,而量化误差是影响数字闭环石英挠性加速度计系统精度的重要因素之一。介绍了数字闭环石英挠性加速度计检测系统的工作原理,讨论了AD,DA位数的选择依据,基于现有硬件检测电路,软件上采取AD,DA降位使用的方法分析量化误差对闭环系统精度的影响。搭建数字闭环实验系统,实验结果表明：在一定范围内,随着AD,DA位数的降低,量化误差影响增大,闭环系统精度降低,与理论分析相吻合,为数字闭环加速度计的精度改善提供必要的理论指导和实验基础。     

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。     

基于电容桥的差动电容检测方法

数字闭环石英挠性加速度计系统主要由石英挠性加速度计表头和数字检测电路组成,其极限精度取决于差动电容检测电路的灵敏度。针对数字闭环石英挠性加速度计前端差动电容检测的需求,给出了一种基于电容桥的差动电容检测方法。利用数字电路产生高频方波进行单载波调制,同时利用交流电容桥结构对载波信号进行处理,并设计后续的差分放大电路对载波信号进一步处理最终实现对微弱差动电容变化的检测。经过实验验证,检测电路对电容的检测最终实现最小分辨率约为1. 8 f F(对应加速度变化1μgn)。     

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.     

电容式加速度计的数字化处理电路及其与模拟电路的比较

介绍了对一种电容式MEMS加速度计处理电路的数字化工作,并对数字式加速度计系统的各个组成模块进行了分析,并与模拟处理电路的相应模块进行比较,给出了制约数字和模拟加速度计性能的因素.实验测试结果表明,数字式加速度计的零偏稳定性达到了0.21 mgn,相对模拟加速度计的零偏稳定性(1.02 mgn)提高了约5倍,噪声降低了3/5,数字式加速度计系统的性能有了很大的改进.这是由于数字系统采用了先进的解调算法,使得载波的信噪比有所提高,相位噪声有所降低.     

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。     

叉指微加速度计的设计与闭环检测研究

设计了一种“叉指式”微机械加速度计和相应的闭环检测电路,介绍了此微加速度计的加工工艺,并使用Ansys软件进行了模态分析和机械分析,仿真结果跟理论计算相吻合。最后对该闭环微加速度计进行了测试,得到的测量线性度为2.5%,刻度因子为3V/g。     

低热机械噪声MEMS加速度计设计

介绍了一种能够在大气条件下具备低噪声、高灵敏度特性的MEMS加速度计设计、制作与测试.器件采用梳齿电容检测方法,利用MEMS体硅加工工艺,实现了210对梳齿的加速度计制作.该加速度计不需要真空封装和阻尼孔就能实现低热机械噪声特性,其理论热机械噪声为0.018μg/√Hz.加速度计芯片在大气封装和无阻尼孔情况下Q值高达4...     

基于∑-△M的五阶MFLR数字微加速度计闭环控制系统

为了进一步抑制加速度计信号带宽范围内的噪声,提出并设计了一种基于∑-△M的五阶多反馈谐振式（MFLR）微机械加速度计闭环控制系统,该系统通过增加额外的内部负反馈对量化噪声进行再一次整形.微机械加速度计结构为一种全差分式结构,在结构层厚度为60 μm、基底层厚度为400μm的SOI硅片上,经过光刻、溅射、深度反应离子刻蚀等工艺步骤加工而成.整个闭环控制系统的Matlab/Simulink模型首先被建立,然后采用“单位圆分析法”进行系统参数的设定,系统仿真显示：当输入幅值1gn、频率128Hz的加速度信号时,加速度计的噪声为-136.2 dB,与传统五阶MF结构的∑-△M闭环控制系统相比,在0 ～500 Hz信号带宽范围内的噪声降低了7.9dB.最后整个系统在四层PCB电路板上进行了功能性验证和测试.