∑△微加速度计中基于脉宽调制的力反馈回路.pdf

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1、第26卷第12期传感技术学报Vo1.26No.122013年12月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSDec.2013Digital-AnalogConverterBasedonPulseWidthModulatedForceFeedbackinSigma-DeltaAccelerometerTAOChengyao’,DENGKangfa(1.b~stituteofGeologyandGeophysicsChineseAcademy0,Sciences~High—LevelOve~easTalentsInnovativeEntrepreneurialB

2、ase,Beijing100029,China;2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.NationalKeyLaboratory0厂ScienceandTechnologyonMicro/NanoFabrication,InstituteofMicroelectronics,PekingUniversity,Beijing100871,China)Abstract:AimingattheSigma—Delta(∑△)digitalforcefeedbacksysteminMcro-acceleromet

3、erinterfacecircuit,thispaperpresentsaforcefeedbackloopbasedonPulseWidthModulator(PWM).ThePWMwavecanbetranslatedintooutputanalogsingalusinglowpassfilter,indicatingthatthiscircuithasadualfunctionoffilteranddigitaltoanalogconversion(DAC).Firstly,∑△closedloopfeedbacksystemwassimulatedinSimulinkmodel

4、forsystemlevelsimulation,thenFilterSolutionssoftwarewasusedfordesigningthree—orderButterworthlowpassfilter,andPspicesoftwarewasadoptedforcircuitlevelsimulation.FinallyelectroniccircuitwasmadebyPCBandthentested.Throughtheforcebackloop,thewavecanbesuccessfullytranslatetoundistortedanalogsignal,and

5、themaximunrelativeerrorisbelow0.36%comparedtotheinputsignal,theequivalentDACresolutionis8bit.Thisexperimentshowsthatthismethodhastheadvantagesofsimplestructure,lowcost,andeasywaytoproducehighpreciseoutputanalogsigna1.Keywords:micro—aceelerometer;sigma—delta;digitaltoanalogconverter;pulsewidthmod

6、ulatorEEACC:1205:1290Bdoi:10.3969/j.issn.1004-1699.2013.12.016∑△微加速度计中基于脉宽调制的力反馈回路木陶呈瑶,邓康发(1.中国科学院地质与地球物理研究所/海外高层次人才创新创业基地,北京100029;2.中国科学院大学,北京100049;3.北京大学微电子学研究院微米/纳米加工技术国家级重点实验室,北京100871)摘要:针对微加速度计接口电路的Sigma—Delta(∑△)数字反馈系统,提出了一种基于脉宽调制(PWM)的力反馈回路:利用模拟低通滤波器将PWM波解调成模拟输出信号,具有滤波和数模转换功能。首先建立微加速度计

7、∑△闭环反馈系统的Simulink模型并进行了系统级仿真。之后采用FilterSolutions滤波器设计软件确定三阶低通巴特沃斯滤波器,并采用Pspice仿真软件进行电路级仿真。最后将制作的PCB版电路进行测试:PWM波通过力反馈回路能还原成高保真度的模拟信号,输出信号和输入信号的频率相对误差小于0.36%,等效DAC分辨率为8bit。试验表明,此方案结构简单、成本低,能以较低电路复杂度实现高精度的模拟信号输出。关键词:微加速度计;接口电路;

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