MEMS熱式風(fēng)速傳感器功耗控制與溫漂補(bǔ)償算法研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工業(yè)的蓬勃發(fā)展，功能強(qiáng)大且全面的智能電子設(shè)備逐漸走入了人們生活當(dāng)中，而MEMS傳感器在其中扮演了舉足輕重的角色，用MEMS技術(shù)制造的各種傳感器可以為人們提供豐富多樣的實(shí)時(shí)信息，為人們生活帶來(lái)極大的便利。由于風(fēng)速風(fēng)向信息作為氣象監(jiān)測(cè)、工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中必不可少的關(guān)鍵信息，對(duì)風(fēng)速風(fēng)向傳感器進(jìn)行研究就顯得意義重大。
　　本文介紹了一種以陶瓷材料進(jìn)行封裝的二維MEMS熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，采用MEMS工藝進(jìn)行制備，該

2、傳感器以恒溫差作為工作模式、熱溫差作為風(fēng)速檢測(cè)方式。但是由于該傳感器整體功耗偏高且輸出具有溫漂效應(yīng)，所以本文主要從軟件算法的角度對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行功耗控制和溫漂補(bǔ)償
　　的研究。經(jīng)過研究與測(cè)試，得到了功耗較低、輸出基本沒有溫漂的MEMS熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器。傳感器的風(fēng)速測(cè)量范圍為0-30m/s，測(cè)量精度在0.5m/s±3％;風(fēng)向測(cè)量范圍在0-360°，測(cè)量誤差小于±5°，并且初始功耗為239.47mW，相比原來(lái)下降26.1％;顯示風(fēng)速

3、在0-35℃范圍內(nèi)誤差在±6％以內(nèi)。
　　本文主要內(nèi)容為:
　　首先分析測(cè)試了實(shí)驗(yàn)室基于陶瓷封裝的風(fēng)速傳感器原來(lái)的恒溫差控制電路，發(fā)現(xiàn)功耗偏高，為此提出了一種用軟件算法的方式模擬硬件功能，并利用MCU的I/O端口輸出可編程的PWM波形，使傳感器的加熱電壓從準(zhǔn)直流變?yōu)槊}沖信號(hào)，這樣不但可以使傳感器在不同風(fēng)速下維持在恒溫差工作模式，還可以降低系統(tǒng)功耗。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，傳感器的系統(tǒng)功耗平均下降10.2％，且風(fēng)速與風(fēng)向精度均能達(dá)到要求

4、。
　　其次本文對(duì)傳感器的硬件電路與軟件系統(tǒng)進(jìn)行了功耗測(cè)試，發(fā)現(xiàn)MCU占據(jù)了除傳感器芯片外的大部分功耗，且經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)MCU大部分功耗被內(nèi)核所占用，所以本文提出了一種MCU降頻算法，通過降低MCU內(nèi)核系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，并且編程調(diào)整MCU內(nèi)各個(gè)模塊的時(shí)鐘使其性能維持不變。最終成功將MCU的功耗降低了67％，結(jié)合脈沖加熱反饋算法將傳感器系統(tǒng)的初始功耗下降了26.1％。
　　最后本文針對(duì)傳感器的輸出溫漂問題，進(jìn)行了研究。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)