电容式微机械加速度计处理电路研究

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1、浙江大学硕士学位论文摘要加速度传感器也称加速度计(Accelerometer)是用来测量加速度的惯性传感器件，可以应用于倾斜角、惯性力、冲击及振动等惯性参数的测量。微机械加速度计在惯性制导、医疗、消费类电子产品中有很广泛的应用。电容检测式微机械加速度计因为其高灵敏度和稳定性在各种检测形式的加速度计中备受关注。而电容检测电路的性能又直接影响加速度系统输出性能，因此提高电容检测电路的性能是加速度计系统设计中非常重要的部分。本文针对电容检测式加速度计设计了模拟和数字两种不同形式的检测电路。分别对两种加速度计系统的工作原理进行了分

2、析，同时分析了影响系统性能的因素。这些研究对利用数字式速度传感器设计有理论指导的作用，并且为加速度计系统的实用化提供了有价值的参考本论文主要包括以下部分：1)针对电容式微机械加速度计，设计了单载波调制型检测电路。本文分析了每个模块的电路结构和工作原理，并结合理论分析确定电路的各个参数，同时分析了载波信号，相位控制精度，寄生效应等凶素对检测电路的影响。文中还分析了加速度计的温度特性，同时提出了基于DSP的温度补偿方案。2)针对电容式微机械加速度计，设计了数字式检测电路。包括载波信号产生模块，同步解调模块，低通滤波模块和相位控

3、制模块。分析了CORDIC算法的原理以及在FPGA中的实现，针对数字系统的解调算法对系统的各个参数进行优化，并对优化前后的系统性能进行了比较，提出了自动参考信号相位控制的方案并在系统中实现，同时对系统各个模块利用Matlab进行了仿真分析。3)参考加速度计相关测试标准，制定了数字和模拟加速度计性能测试方案，建立了测试平台。根据该方案，分别对模拟和数字式加速度计系统性能进行了测试。所测试模拟加速度计的标度因数为278mV／g，非线性度<1223ppm，--d,时之内的零偏稳定性为5．5x10-49(1crl。数字式加速度计的

4、标度因数为2．37x107quants／g，非线性度<694ppm，3小时输出稳定性为1．5x10一g(1crl。同时还对模拟加速度计的温度和频率特性进行了测试。根据测试结果，数字式加浙江大学硕士学位论文速度计系统各项性能都高于模拟式加速度计。关键词：加速度计，电容检测，同步解调，微机电系统Ⅱ浙江大学硕士学位论文AbstractAccelerometeriSasensorthatusedtomeaurseacceleration．Itcallbeusedtometerintertialparametersincluding

5、tiltangle，intertialforce，impactandvibration．MEMSaccelerometershavebroadapplicationsinfieldssuchasinertialguidance，medicalinstruments，andconsumerelectronics．CapacitancesensitiveMEMSaccelerometerhasbeenconcemedbecauseofit’Sstabilityandhighsensitivity．Theperformanceo

6、fcapacitancemeasurementcircuithasadirectimpactontheperformanceofaccelerometersystem．Theimprovementofcapacitancemeasurementciruitperformanceisimportantindetermingtheperformanceofaccelerometers．BothanalogcircuitsbasedanddigitalsystembasedMEMSaccelerometersystemhasde

7、signedforacapacitancesensitiveMEMSaccelerometer．Boththetwoaccelerometersystemworksandthefactorsimpactonsystemperformancewereanalyzed．ThesewillprovidetheoreticalbasisforthechoosinganddesigningofdetectioncircuitsforMEMSaccelerometers．Themajorworkofthisthesiscontains

8、：(1)Asingle—carriermodulation·typemeasurementcircuitisdesigned,whichincludescarriergenerator,chargeamplifier,demodulator,low-passfilterandamplifier．Thec