硅微谐振式加速度计的实现及性能测试

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1、第18卷第l2期光学精密工程Vol

2、18NO．122010年12月OpticsandPrecisionEngineeringDec．2O1O文章编号1004—924X(2010)12-2583—07硅微谐振式加速度计的实现及性能测试石然，裘安萍，苏岩(南京理工大学MEMS惯性技术研究中心，江苏南京210094)摘要：为了提高硅微谐振式加速度计性能，从一种基于DDSOG(DeepDrySilicononGlass)工艺的硅微谐振式加速度计样机人手，介绍了加速度计的结构、加工方法和接口电路。该谐振式加速

3、度计结构包括敏感质量块、谐振器和微杠杆3部分，采用差动结构来减小共模误差的影响。接口电路中采用了自动增益控制电路来稳定谐振器的振幅，成功实现了谐振器的闭环自激振荡和频率检测。分析了谐振式加速度计频率输出与加速度输人的关系，测试了硅微谐振式加速度计样机性能，结果为量程±50g，标度因数143Hz／g，零偏稳定性1．2mg，零偏重复性0．88mg，阈值170g。文章最后提出，DDSOG工艺中采用的玻璃材料和硅材料温度系数不同，影响了加速度计的温度特性，因此需要进步一改进加工工艺。关键词：硅微谐振式加速度

4、计；谐振器；差动结构；DDS()G中图分类号：TH824．4文献标识码：Adoi：10．3788／OPE．20101812．2583ImplementationandexperimentsofmicromechanicaldifferentialsiliconresonantaccelerometerSHIRan，QIUAn—ping，SUYan(MEMSInertialTechnologyResearchCenter，NanjingUniversityofScienceandTechnology，

5、Nanjing210094，China)Abstract：ToimprovetheperformanceofMEMSaccelerometers，amicromechanicalSiliconResonantAccelerometer(SRA)prototypefabricatedbyDeepDrySilicononGlass(DDSOG)processwasintro—duced，andsomeexperimentsfortheaccelerometerwereperformed．Thestruc

6、ture，processingmeth—odsandtheinterfacecircuitofSRAwerediscribedindetail．TheSRAadoptedthedifferentialstrue—turecomposedoftWOidenticalresonatorstoeliminatecommonmodeerrors，andusedthemicrolevermechanismtomagnifythescalefactor．AninterfacecircuitusingtheAut

7、omaticGainControl(AGC)circuitwasdesignedtomaintaintheoscillatorstability，whichcoulddrivetheresonatortoachieveself_oscil1ationandtodetectthefrequencyoutput．TherelationbetweeninputaccelerationandSRAfrequencyoutputwasresearchedandtheperformanceparameterso

8、ftheprototyperesonantacceleram—eterweretested．Thetestresultsshowtheseperformanceparameterstobethesensitivityin143Hz／g，inputrangein±50g，biasstabilityin1．2mg，biasrepeatabilityin0．88mgandthethresholdin170／xg．Moreover，itisfoundthatthetemperaturecoefficient

9、ofglasssubstrateislargerthanthatof收稿日期：201O03—12；修订日期：2010—0528．基金项目：国家部委基金资助项目(No．9140A09022309BQ0221)光学精密工程第18卷thesiliconstructureintheDDSOGprocess，whichaffectsthebiastemperaturesensitivityofresona—tors．Therefore，itpointsoutthatthepro