閉環(huán)叉指式電容微機械加速度計動態(tài)性能研究及優(yōu)化.pdf

1、MEMS（Micoelectromechanicalsystem）加速度計以其優(yōu)越的性能和應(yīng)用價值而被各國科學研究機構(gòu)、各國高校和公司視為重點研究對象。MEMS加速度計在汽車安全氣囊、地震監(jiān)測儀、手機、游戲機等消費領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在一些應(yīng)用中，加速度傳感器檢測系統(tǒng)中過大的超調(diào)量會導致系統(tǒng)的誤動作。例如，汽車安全氣囊系統(tǒng)中加速度傳感器檢測系統(tǒng)中過大的超調(diào)量會導致安全氣囊在錯誤的時刻打開。因此，對MEMS加速度計動態(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，精度高等優(yōu)點成為了主要的研究熱點，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電路設(shè)計的關(guān)鍵部分，相對于傳統(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的噪聲整形能力，從而提高閉環(huán)微加速度計系統(tǒng)的精度。因此高階Sigma-Delta微加速度計的研究具有重要的研究意義。
　　本文基于叉指式電容微

3、加速度計閉環(huán)檢測電路，提出了一種改善閉環(huán)電容式微機械加速度計動態(tài)性能的比例積分（Proportional-Integral,PI）補償模塊。與此同時，設(shè)計了一種3階反饋數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器來實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號的轉(zhuǎn)換。本文主要的研究工作和成果如下：
　?。?）分析了閉環(huán)電容式微機械加速度計的工作原理，利用MATLAB的Simulink工具搭建了閉環(huán)電容式微機械加速度計的模型。通過仿真研究了不同的比例系數(shù)P及積分系數(shù)I

4、對閉環(huán)加速度計動態(tài)性能的影響，分析了PI模塊對閉環(huán)電容式微機械加速度計阻尼比和固有諧振頻率的影響，實驗結(jié)果與仿真結(jié)果相吻合。
　?。?）根據(jù)仿真模型搭建PCB檢測電路，分析寄生電容、寄生電阻等因素對零偏產(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。實驗結(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)計數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器以實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號的轉(zhuǎn)換。利用MATLAB和Model