基于MS3110电容读取芯片的MEMS加速度计

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1、第18卷第2期中国惯性技术学报Vol.18No.22010年4月JournalofChineseInertialTechnologyApr.2010文章编号：1005-6734(2010)02-0236-04基于MS3110电容读取芯片的MEMS加速度计刘民杰，刘云峰，董景新，赵常德（清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084）摘要：介绍了通用电容读取芯片MS3110的内部结构、基本原理及其使用方法，提出了采用单片机实现片内EEPROM编程的方法，并给出了读写控制框图。以梳齿式硅微传感器为敏感元

2、件，采用滞后比例积分调节器，基于MS3110通用电容读取芯片设计了一种MEMS力平衡闭环加速度计。实验结果表明：设计的MEMS加速度计能够闭环正常工作并取得了一定的性能。关键词：MEMS加速度计；通用电容读取芯片；MS3110；闭环系统中图分类号：U666.1文献标志码：AMEMSaccelerometerbasedoncapacitivereadoutICMS3110LIUMin-jie,LIUYun-feng,DONGJing-xin,ZHAOChang-de(StateKeyLaboratoryofPrecisionMea

3、surementTechnologyandInstruments,DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:MS3110isauniversalcapacitivereadout(UCR)integratedcircuit(IC).Inthispaper,itsconfiguration,operatingprincipleandusageareintroduced.Amethodo

4、fprogrammingtheEEPROMon-chipwithsinglechipmicrocomputerispresentedwiththechiefwritingandreadingcontrolblockdiagram.BasedontheUCRIC,anewMEMSaccelerometerwithmulti-fingermicro-machinedsensorisdesigned,inwhichforce-rebalancedwithlagproportional-integralcontrollerisappli

5、edtoimplementtheclosed-loopsystem.Themeasurementresultshowsthatthisaccelerometercanworkunderclosed-loopconditionandobtainimprovedperformances.Keywords:MEMSaccelerometer;universalcapacitivereadoutIC(UCRIC);MS3110;closed-loopsystem对于采用电容方式感应物理量变化的MEMS传感器来说，传感器所输出的信号非常微

6、弱，这就对电容检测电路的分[1-2]辨率提出了很高的要求，MEMS传感器设计中的关键问题之一就是电容读取电路的设计。本文将介绍一种通用电容读取芯片MS3110，它的使用很方便，功能强大，适用于高分辨电容读取接口的MEMS传[3-5]感器。本文将详细讲述这种芯片的使用方法，提出了采用单片机实现片上EEPROM编程的方法，并基于该芯片设计了一种MEMS加速度计。测试结果表明：加速度计能够闭环稳定工作并取得了一定的性能。1MS3110通用电容读取芯片表1MS3110主要性能参数1.1MS3110简介Tab.1Mainperforman

7、cesofMS3110MS3110芯片是美国Irvine传感器公司生产的一输入电容范围250fF～10pF工作带宽500Hz~8kHz种通用电容读取芯片（Universalcapacitivereadout工作温度范围-40～80℃输出电压0.5V～4V1/2IC，UCRIC），具有超低噪声特点，可以读取低至4.0电容分辨率4aF/Hz电源电压+5V或±2.5V1/2aF/Hz的电容变化，适用于高性能要求的电容式微补偿电容范围20fF@0~9.7pF工作电流2.9mA收稿日期：2009-11-18；修回日期：2010-03-15

8、基金项目：国家十一五预研基金资助项目（51308050208）作者简介：刘民杰（1982—），男，博士生，从事微加速度计与ASIC电路研究。E-mail：Liumj05@mails.thu.edu.cn联系人：董景新（1948—），男，教授，博士生导师。E-ma