加速度傳感器單片集成設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)在傳感器領(lǐng)域有著諸多應(yīng)用。其中，MEMS電容式加速度計是MEMS領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)市場化的一類傳感器，正廣泛應(yīng)用于汽車電子和消費(fèi)電子領(lǐng)域。低成本、高性能的加速度傳感器及其系統(tǒng)設(shè)計對提高其在MEMS市場中的競爭力具有重要意義。
　　本文為實(shí)現(xiàn)單片集成加速度計，分別從工藝、電路和集成開發(fā)環(huán)境三個方面分析和總結(jié)出相應(yīng)的關(guān)鍵問題。首先設(shè)計了與CMOS工藝兼容的加工工藝進(jìn)行

2、加速度計工藝設(shè)計，采用post-CMOS工序，并使用SiC作為結(jié)構(gòu)層，實(shí)現(xiàn)低成本且易于與電路集成，具有耐高溫特性;其次，根據(jù)工藝特征，建立連續(xù)時間的電容-電壓檢測電路，將載波頻率調(diào)至330kHz，減小噪聲和寄生電容，有效提高測量微弱信號的靈敏度;然后，建立PSpice與Matlab、SUGAR與ANSYS數(shù)據(jù)交互，設(shè)計數(shù)據(jù)交互用戶界面，并建立加速度計開環(huán)模型，實(shí)現(xiàn)加速度計系統(tǒng)級仿真;最后，對設(shè)計的加速度計進(jìn)行仿真驗證并分析結(jié)果。

3、　　論文工作的主要成果體現(xiàn)在:
　　(1)采用表面微加工的post-CMOS工藝進(jìn)行加速度計設(shè)計，實(shí)現(xiàn)與CMOS工藝兼容和低成本;同時使用SiC作為結(jié)構(gòu)層，SiGe作為犧牲層，ClF3作為刻蝕劑干法刻蝕，提高了耐高溫特性，增強(qiáng)了刻蝕選擇比。
　　(2)由于所需要檢測的信號為微弱信號，采用連續(xù)時間的電壓-電容檢測電路，降低了低頻噪聲和寄生電容;同時采用330kHz載波信號將信號調(diào)至高頻，再進(jìn)行解調(diào)，降低了閃爍噪聲和熱噪聲，采用

4、雙路差分電容放大電路，減小寄生電容影響，測量結(jié)果提高了靈敏度。
　　(3)針對相關(guān)工藝參數(shù)，使用Matlab中的Simulink對加速度計建立動力學(xué)模型，利用Python實(shí)現(xiàn)Matlab輸出數(shù)據(jù)向PSpice軟件的傳輸，實(shí)現(xiàn)加速度計的聯(lián)合仿真，具有普遍適用性，同時生成數(shù)據(jù)處理的用戶界面的可執(zhí)行程序，方便移植和使用。
　　最后，對本文設(shè)計的電容式加速度計進(jìn)行系統(tǒng)級仿真，并對仿真結(jié)果中的靈敏度、線性度、帶寬等參數(shù)進(jìn)行特性分析。通