传感器Q值对加速度计量化噪声的影响.pdf

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1、40传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2013年第32卷第ll期传感器Q值对加速度计量化噪声的影响李刚，车录锋，黎晓林，王跃林(1．中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室。上海200050；2．中国科学院大学。北京100039)摘要：高品质因数(Q)的加速度计因其具有较低的机械热噪声而适合高性能的振动检测，但Q值过高会带来接口电路的不稳定。为了充分利用传感器的特性优化Sigma．Delta(∑△)数字接口电路设计，通过分析加速度

2、计的数字接口电路模型，验证了Q值的变化对数字量化噪声的影响，并且适当的Q值能降低数字接口电路基带内的量化噪声。设计和测试了基于三明治加速度计的PCB板级电路，测试结果表明：传感器的高Q特性会在基带引入一对共轭零点，抑制了基带内的量化噪声。关键词：加速度计；Q值；∑A；量化噪声中图分类号：TN402文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)11-0040-04TlnH—uenceOIn、Va1lUe0nacce’leromet·eraUant』l●ZatJ●l0nn0l●SeLIGang，CHEL

3、u．feng，LIXiao．1in．WANGYue1in(1．StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，ShanghaiInstituteofMicrosystemsandInformationTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200050，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China)Abstract：Becauseoflower

4、mechanicalthermalnoise，accelerometersensorwithhighqualityvalue(Qvalue)issuitableforhigh—performancevibrationdetection，butoverhighQvaluewillcauseinstabilityofinterfacecircuits．InordertomakegooduseofcharacteristicofsensortooptimizedesignofSigma—Deha(∑A)digit

5、alinterfacecircuit，throughanalyzingmodelfordigitalinterfacecircuitofaccelerometer，verifyeffectofQvalueondigitalquantizationnoise，andthequantizationnoiseinbasebandwillbereducedbychoosingproperQvalue．PCBcircuitbasedonsandwichaccelerometerisdesignedandtested，

6、andtestresultsshowthathJghQvalueofsensorwillbringapairofconjugatezeropointinbase—bandandrestrainquantizationnoiseinbase—band．Keywords：accelerometer；Qvalue；∑△；quantizationnoise0引言为了设计出性能更好的加速度计，同时又要简化接口Sigma—Delta(∑A)调制结构现在已经被广泛地应用在电路的设计，应该充分利用传感器结构的特征。传感器的

7、低速高精度的A／D转换中，同时随着MEMS技术的进一步一个重要特征就是Q值，譬如：真空封装三明治加速度计发展，加速度计的性能也得到了很大的提升。例如：真的Q值就相对较高。为此，本文研究了传感器Q值对∑△空封装的三明治加速度计就具有灵敏度高、机械热噪声低、加速度计量化噪声的影响，分析了传感器的Q值变化动态范围大等优点。高性能的加速度计通常采用带有对传感器传输函数极点的影响，同时通过分析关于加速度静电力反馈的1bit∑A调制器作为其接口电路。一方面计的∑△数字接口电路的模型，验证了传感器敏感结构∑△调制器可以实

8、现直接的数字输出，另外，1bit的量化器Q值的变化会对∑△数字接口电路的量化噪声产生影响，结构没有积分非线性和微分非线性的问题。但与∑AA／D并推断出适当的Q值能够通过优化设计可以在∑△数字转换器有所不同，∑△加速度计检测回路中所包含的传感接口电路中引入适当的零点，从而改善数字接口电路的量器一般具有固定的二阶低通特性且参数不能改变，同时传化噪声性能。根据建立的∑△数字接口电路的模型，采用感器具有一定程度的非线性，