差分电容硅微加速度计检测电路研究.pdf

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1、第28卷第3期传感技术学报V01．28No．32015年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．20l5ResearchofDetectiveCircuitforDifferentialCapacitiveSiliconMicroAccelerometerWANGMeng，XIAOPeng，XULinpeng，WANGYuzhao，TENGLin(AVICXi’anF1ightAutomaticControlResearchInstitute，Xi’an710065，China)Abstract：Aclose．1oopdet

2、ectivecircuitbasedonmodulationanddemodulationisintroduced，fordetectiononmicrodifferentialcapacitanceofsiliconmicroaccelerometer．Theprincipalconfigurationandtheapproacharepresented．Aprepositionedcapacitance—to—voltagecircuitbasedonsinglecarrierwaveisanalyzed，andthevalidityofthede—modula

3、tionapproachwhichiSbasedoncorrelativechipiSproved．Theelectrostaticrebalancecircuitbasedonfeed—backcircuitsadvancesthelinearityofthesystem．TheSimulinkmodeloftheclosed．1oopsystemiSestablishedwiththeparametersofthesiliconmicroaccelerometerandthecircuits，theresultsshowthatthesystemsstable，

4、andthescalefactorisabout0．9，g，withthebandwidth700Hz．Thecircuitspresentedinthispaperaretestedonapre-cisionrollerwithadifferentialMEMSaccelerometer．ThetestresultsshowthatthescalefactorofthesystemiS0．88V／gandthemeasuringrangeoftheaccelerometeris±13g．Keywords：microaccelerometer；detectiveci

5、rcuit；differentialcapacitance；modulationanddemodulationEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2015．O3．009差分电容硅微加速度计检测电路研究术王猛，肖鹏，徐林鹏，王玉朝，滕霖(中航工业西安飞行自动控制研究所，西安710065)摘要：针对硅微加速度计中微小差分电容检测，提出了一种基于调制解调方法的闭环检测电路，介绍了该闭环检测系统的原理框图和实现途径。分析了基于单路载波的前置电容一电压(C-V)转换电路，证明了基于相关芯片的解调方法的有效性，其解调效率仅对开环输出有影

6、响；基于双路反馈电路的静电力平衡回路有效提高该检测系统的线性度。结合硅微加速度计参数和电路设计参数，对加速度计系统进行了仿真，仿真结果显示系统稳定，刻度系数为0．9V／g左右，带宽700Hz左右。结合表头进行的精密转台实验结果表明该加速度计系统刻度系数0．88V／g，量程可达±13g。关键词：微加速度计；检测电路；差分电容；调制解调中图分类号：V241．5；TP212文献标识码：A文章编号：1004-1699(2015)03-0347-05随着MEMS技术的发展，硅微加速度计在消费1差分电容硅微加速度计闭环检测原电子、汽车、航空航天、导航制导等领域应用13益广理与电

7、路设计泛；近年来国内针对硅微加速度计的研究也从实现基本功能向着高可靠性高精度方向转变。采用静电1．1差分电容硅微加速度计闭环检测原理力驱动、差分电容变化检测位移(或转角)的MEMS针对硅微加速度计检测面临的问题，本文设计加速度计具有结构简单、分辨率高、温漂低、动态响了一种基于调制一解调方法的检测电路。其原理框应快等优点1-3]。图如图1所示。差分电容微加速度计电容变化非常微弱，通常该差分电容闭环检测电路的原理为：在外界加1g加速度计作用下，加速度计表头电容变化量仅速度作用下，敏感元件产生与加速度信号成正比的有几个皮法甚至更小，信噪比很低。因此为实现硅(角)位移信