閉環(huán)叉指式電容微機(jī)械加速度計(jì)動(dòng)態(tài)性能研究及優(yōu)化.pdf

1、MEMS（Micoelectromechanicalsystem）加速度計(jì)以其優(yōu)越的性能和應(yīng)用價(jià)值而被各國(guó)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)、各國(guó)高校和公司視為重點(diǎn)研究對(duì)象。MEMS加速度計(jì)在汽車安全氣囊、地震監(jiān)測(cè)儀、手機(jī)、游戲機(jī)等消費(fèi)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在一些應(yīng)用中，加速度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)中過(guò)大的超調(diào)量會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的誤動(dòng)作。例如，汽車安全氣囊系統(tǒng)中加速度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)中過(guò)大的超調(diào)量會(huì)導(dǎo)致安全氣囊在錯(cuò)誤的時(shí)刻打開。因此，對(duì)MEMS加速度計(jì)動(dòng)態(tài)性能的研究與優(yōu)化是非常

2、必要的。目前數(shù)字電路以其抗干擾能力強(qiáng)，精度高等優(yōu)點(diǎn)成為了主要的研究熱點(diǎn)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，相對(duì)于傳統(tǒng)Nyquist模數(shù)轉(zhuǎn)換器，Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器在消耗更少硬件資源的同時(shí)卻獲得了更高的精度，將Sigma-Delta技術(shù)與二階微加速度結(jié)構(gòu)相結(jié)合可以提高微加速度計(jì)的噪聲整形能力，從而提高閉環(huán)微加速度計(jì)系統(tǒng)的精度。因此高階Sigma-Delta微加速度計(jì)的研究具有重要的研究意義。
　　本文基于叉指式電容微

3、加速度計(jì)閉環(huán)檢測(cè)電路，提出了一種改善閉環(huán)電容式微機(jī)械加速度計(jì)動(dòng)態(tài)性能的比例積分（Proportional-Integral,PI）補(bǔ)償模塊。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)了一種3階反饋數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。本文主要的研究工作和成果如下：
　?。?）分析了閉環(huán)電容式微機(jī)械加速度計(jì)的工作原理，利用MATLAB的Simulink工具搭建了閉環(huán)電容式微機(jī)械加速度計(jì)的模型。通過(guò)仿真研究了不同的比例系數(shù)P及積分系數(shù)I

4、對(duì)閉環(huán)加速度計(jì)動(dòng)態(tài)性能的影響，分析了PI模塊對(duì)閉環(huán)電容式微機(jī)械加速度計(jì)阻尼比和固有諧振頻率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果相吻合。
　?。?）根據(jù)仿真模型搭建PCB檢測(cè)電路，分析寄生電容、寄生電阻等因素對(duì)零偏產(chǎn)生的影響，并提出了采用并聯(lián)可調(diào)電容的方法修正零偏。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明并聯(lián)可調(diào)電容可將零偏從62.15mV減小到0.5mV。
　?。?）設(shè)計(jì)數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。利用MATLAB和Model