MEMS电容式加速度传感器检测电路减噪与微机械谐振器静电自激驱动研究

• 作 者: 王俊杰
• 机 构: 中国科学院上海微系统与信息技术研究所
• 出 处: 中国科学院上海微系统与信息技术研究所
• 发表日期: 2006年01期
• 关键词: MEMS加速度传感器 噪声 分辨率 谐振器 静电自激驱动 谐振频率

本论文主要包括两方面内容：MEMS加速度传感器及其检测电路的减噪以及谐振器的静电自激驱动研究。 针对石油勘探的用途，为了更好地还原地震波的原始信号，在我们已经研制的MEMS加速度传感器的基础上，进一步提高传感器及电路性能，提高分辨率。首先从MEMS电容式加速度传感器及其检测电路的原理分析入手，阐述加速度传感器的检测原理，分析其噪声源，以及对不同电路结构的噪声进行比较，通过具体改进加速度传感器及其检测电路，测试改进前后噪声以及分辨率的对比(改进前分辨率有效值为0.01m／s~2，即1mg左右；改进后分辨率有效值为0.001m／s~2，即0.1mg左右)，证明几种改进措施确实可以有效提高MEMS加速度传感器的分辨率，减小噪声。 工艺、温度、环境等变化会引起谐振器谐振频率的漂移，为了能够准确跟踪锁定谐振频率，并且可以自动扫描到不同结构器件的不同谐振频率，采用静电自激驱动的方式对谐振器进行驱动，同时该方式还可以稳定谐振器自激振动的幅度。首先从分析静电驱动原理入手，研究了两种静电力驱动方式，包括法向和切向静电力驱动。针对法向谐振器，对静电自激驱动电路各个模块进行设计和模拟，通过测试，验证法向谐振器的闭环自激振动的实现。然后将静电自激驱动电路移植到切向谐振器上，改变电路的一些参数，验证切向谐振器的闭环自激振动的实现。证明静电自激驱动电路可以应用于不同结构的电容式谐振器上，只要适当调整移相电路相位，使环路相位为2kπ，适当调节低通滤波器的截止频率以及根据灵敏度调节放大倍数，即可实现稳定的自激振荡。