差分电容硅微加速度计检测电路研究*

王 猛,肖 鹏,徐林鹏,王玉朝,滕 霖

(中航工业西安飞行自动控制研究所,西安 710065)



差分电容硅微加速度计检测电路研究*

王 猛,肖 鹏,徐林鹏,王玉朝,滕 霖*

(中航工业西安飞行自动控制研究所,西安 710065)

针对硅微加速度计中微小差分电容检测,提出了一种基于调制解调方法的闭环检测电路,介绍了该闭环检测系统的原理框图和实现途径。分析了基于单路载波的前置电容-电压(C-V)转换电路,证明了基于相关芯片的解调方法的有效性,其解调效率仅对开环输出有影响;基于双路反馈电路的静电力平衡回路有效提高该检测系统的线性度。结合硅微加速度计参数和电路设计参数,对加速度计系统进行了仿真,仿真结果显示系统稳定,刻度系数为0.9 V/gn左右,带宽700 Hz左右。结合表头进行的精密转台实验结果表明该加速度计系统刻度系数0.88 V/gn,量程可达±13gn。

微加速度计;检测电路;差分电容;调制解调

随着MEMS技术的发展,硅微加速度计在消费电子、汽车、航空航天、导航制导等领域应用日益广泛;近年来国内针对硅微加速度计的研究也从实现基本功能向着高可靠性高精度方向转变。采用静电力驱动、差分电容变化检测位移(或转角)的MEMS加速度计具有结构简单、分辨率高、温漂低、动态响应快等优点[1-3]。

差分电容微加速度计电容变化非常微弱,通常1gn加速度计作用下,加速度计表头电容变化量仅有几个皮法甚至更小,信噪比很低。因此为实现硅微加速度计的高精度检测,需要设计具有较好性能的检测电路[4-7]。……