微机械加速度计中的寄生电容对噪声的影响.pdf

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1、第26卷第1期传感技术学报V01．26No．1CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS2013年1月Jan．2013TheParasiticCapacitance’SInfluenceonNoiseinaMEMSAccelerometerSensorZHUZhongyi，LIUYidong。】lNZhonghe(Micro—SatelliteResearchCenter，Zh~iangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Thispapermainlyanalyzestheinflu

2、enceonnoiseoftheparasiticcapacitancebetweenthefixedparallelelectrodesinavariable．areatypeMEMSaceelerometersensor．AnelectromagneticsimulationmodeliSbuilt．ThenoiseformulaiSderivedanditisverifiedbyexperiment．Thesimulationresultsindieatethattheglasssubstrateundertheparallelelectrodesc

3、anincreasethecapacitance．Theexperimentresultsshowthattheparasiticcapacitancewillraisethenoiseby60％ormore．Keywords：MEMSaccelerometer；parasiticcapacitance；noiseanalysis；capacitancemeasurementEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2013．01．004微机械加速度计中的寄生电容对噪声的影响冰朱忠益，刘义冬，金仲和(浙江大学微小卫星研究

4、中心，杭州310027)摘要：主要分析变面积式微机械加速度敏感元件中的固定平行电极间寄生电容对系统噪声的影响，建立敏感元件的电磁仿真模型，进行噪声公式的推导，并得到了实验验证。通过仿真分析发现，铝电极下的玻璃衬底是增大该寄生电容的主要因素。实验结果表明，该寄生电容会增加60％以上的系统噪声。关键词：微机电加速度计；寄生电容；噪声分析；电容检测中图分类号：TH824．4文献标识码：A文章编号：1004—1699(2013)01-0017—04近年来，微机械加速度计作为一种重要的惯性考虑这一点。同时，之前的分析缺少实验验证。传感器被广泛地运用于汽车电子¨J、惯

5、性导航J、因此，本论文主要分析讨论了变面积式加速度敏定位、地质勘探等各个领域。目前，运用最为广泛的感元件中铝电极之间的寄生电容对系统噪声的影是电容式微机械加速度计，而电容式加速度计又可响，并且分析了该寄生电容的来源，最后对分析进分为变面积式和变间距式两种J。本实验室主要行了实验验证。研究变面积电容式加速度计。1加速度敏感元件结构在惯性导航等领域对加速度计的精度要求很高_5J，而加速度计的输出噪声是决定加速度计测量图1所示是一种典型的变面积式梳状栅电容的精度最重要的因素之一。因此，分析加速度计的噪结构示意图。可动质量块与其中一组铝电极形成电声来源和传递方式是

6、有非常重要的意义的。容C与另一组铝电极形成电容C组成一对差分在之前的研究中，已经对电容式加速度计的电容，这两个电容的差与外界加速度成正比J。噪声模型进行了一定的分析，主要考虑了电荷放但事实上，在两个固定铝电极之间存在着一定大器反相输入端到地的寄生电容以及运算放大器的寄生电容，并且根据后面的分析可知，该寄生电容等效输入噪声对系统噪声的影响J。但与变间距会恶化加速度计的输出噪声。考虑了该寄生电容式加速度计不同，在变面积式加速度计中，敏感元后，加速度敏感元件的等效电路如图2所示。其中，件内部的两个铝电极之间存在寄生电容，并且该C和C：是敏感元件的一对差分电容，c

7、是两个固寄生电容对噪声存在影响，而之前的分析并没有定铝电极之间的寄生电容。项目来源：中央高校基本科研业务费专项资金资助(2012QNA4021)收稿日期：2012—07—24修改日期：2012—12—10第1期朱忠益，刘义冬等：微机械加速度计中的寄生电容对噪声的影响19相输入端到地的寄生电容，包括了运算放大器的输系统的输出噪声，并且固定电极之间的寄生电容对入电容，PCB焊盘到地的寄生电容以及连线的寄生噪声的恶化更为严重。电容；Cs和为反馈电容和反馈电阻，其中为3实验结果100M欧姆，满足Rrc，》1m。我们对以上分析进行了实验验证。首先我们使用Agilen

8、t4980ALCR测试仪对实际器件中的铝电极间寄生电容进行了测试。