硅微谐振式压力传感器闭环频率跟踪电路的研究与设计

发布时间：2020-04-19 06:15

【摘要】：静电激励/电阻检测硅微谐振式压力传感器以其长期稳定性好、响应速度快、输出信号易处理等优点成为压力传感器研究和开发的重点,是现阶段精度最高的压力传感器之一。本文在静电激励/电阻检测硅微谐振式压力传感器研究的基础上,对其外围信号处理电路进行了细致的研究,设计了两种不同工作方式的闭环频率跟踪电路。一种是基于CD4046B锁相环的闭环频率跟踪电路。该电路系统利用前级调理电路对传感器的输出信号进行放大、滤波和移相,利用锁相环对信号进行频率跟踪,然后通过后级调理电路对锁相环的输出信号进行波形和幅值处理后输入到敏感结构作为敏感结构的激励信号。另一种是基于FPGA的数字闭环频率跟踪电路。传感器的输出信号经过放大电路和滤波电路的处理后由A/D电路转换成数字信号,通过分频模块后利用相位检测模块对该信号和扫频电路的输出信号进行相位比较以判断传感器是否处于谐振状态。如果是则利用测频模块检测输入信号的频率并输出频率值;如果不是则利用扫频模块改变输入信号频率以达到谐振状态。最后,对基于锁相环的闭环频率跟踪电路进行了PCB板的测试,实验结果表明该电路实现了在18-30 KHz频率范围内对传感器输出信号的实时高速(20 ms)的测量,并且能够通过后级信号调理电路将锁相环输出的方波信号整形成满足传感器激励信号条件的正弦波信号。对基于FPGA的闭环频率跟踪电路数字部分进行了程序编写和仿真,仿真结果图表明该数字电路能够实现测量信号频率并且保证传感器处于谐振状态的功能,测量精度为1Hz。
【图文】：

第一章 绪论第一章 绪论景和意义S（Mico-Electro-Mechanical Systems）即微电子机械系统，是科技[1-2]。是在硅微结构加工、光刻、腐蚀等半导体制备工将传感器微结构和 IC 电路集成在一起的能够进行独立检测EMS 技术在微结构学等多种微观理论基础上利用包括微细测量技术和集成技术在内的半导体制备工艺，通过将传感理电路微型化的方法把二者封装在一起，实现具有全新功 1.1 所示，为微电子机械系统结构模型图。

合肥工业大学学术硕士研究生学位论文双端固定音叉结构，双端固定音叉的谐振梁和感应谐振梁变化的中间电极也固定在盖帽激励，当外界压力发生变化的时候双端固定生变化，使得电容发生了改变。而在三个双来测量敏感膜片上的压力变化，一个双端固定音叉用来测量封装残余应力。通过这种多和封装残余应力的补偿，最后把温度系数降减小了二分之一。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TH-39

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 高颖;赵海刚;暴鑫;谢静;;飞机进气道流场品质测量耙风洞校准试验研究[J];科学技术与工程;2015年18期

2 张敏娟;王志斌;李晓;李晋华;王艳超;;弹光调制干涉图最大光程差的稳定性及检测技术研究[J];光谱学与光谱分析;2015年05期

3 张江林;周扬;邓昌建;丁正东;;基于LM393控制的太阳能循迹小车设计与实现[J];现代电子技术;2015年10期

4 肖兵兵;王奇帅;赵鹏辉;罗坤;;关于谐振式硅微结构压力传感器的综合研究[J];科技展望;2015年06期

5 付瑶;谭智力;于珊;;基于SG3525控制的车载逆变电源设计[J];中国测试;2015年01期

6 龚作豪;沈君凤;;切比雪夫低通滤波器的仿真设计[J];信息通信;2014年08期

7 江文超;王文远;;基于CPLD和单片机的数字频率计硬件电路设计[J];电脑知识与技术;2014年09期

8 任森;苑伟政;邓进军;孙小东;;静电激励硅微机械谐振压力传感器设计[J];传感器与微系统;2014年01期

9 朱霄波;苑伟政;任森;;便携式硅谐振式压力传感器数据采集系统[J];仪表技术与传感器;2013年11期

10 熊俊俏;戴璐平;刘海英;;无限增益多路反馈带通滤波器的研究[J];电气电子教学学报;2013年03期

相关会议论文 前1条

1 吴茂钧;黄锦斐;;微电子机械系统(MEMS)综述[A];2005年上海市电镀与表面精饰学术年会论文集[C];2005年

，

本文编号：2633021