一种静电驱动微机械谐振传感器的接口电路及应用

孟瑞丽，刘 恒，张宏群

(1.南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京 210044;2.南京信息工程大学教务处，江苏南京 210044)

0 引言

基于硅微机械加工技术制造的，具有力学谐振频率的微谐振式传感器是一类非常重要的传感器。它通过检测其机械谐振器谐振频率的变化来实现外部物理量的测量，特点是尺寸小，制作成本低廉，功耗小，易与数字电路接口，具有广阔的应用前景。同时，微谐振式传感器的重复性、分辨率和稳定性非常优良。它适于测量多种物理量，如压力、真空度、角速度、加速度、流量、温度、湿度和气体成分等。微机械谐振式传感器有利用静电驱动电容检测的实现方案，这类传感器的电容变化量往往很小，许多情况下，输出电容仅有几十个或几百个fF大小，因而对电容式传感器输出电容特别是输出微小电容的测量始终是一个重要的研究课题［1］。

传统上采用的放电电容测量电路、AC电桥电容测量电路、交流锁相放大电容测量电路、基于V/T变换的电容测量电路、基于混沌理论的恒流式混沌测量电路、基于数字专用集成电路测量电路［2－3］等分立式解决方案均是测量静态电容，而微机械谐振式传感器测量是频率变化，与电容大小幅度无关［4］。上述静态电容测量方法不适合测量谐振传感器的变化检测电容。本文提出了一种方波频率调制、开关解调的接口电路设计方案，将振动幅度的变化转换为正弦波输出电压，并通过后续频率计获得谐振频率。……