MEMS加速度计开环检测电路的设计

发布时间：2017-11-11 03:20

  本文关键词：MEMS加速度计开环检测电路的设计

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【摘要】：MEMS加速度计是重要的惯性传感器,在各个领域越来越普及,本文依据传感器的基础指标与应用的基本要求,设计一种适合电容式MEMS加速度计的检测电路。检测电路以信号的调制解调为理论基础,采用开环检测方案,整个开环检测系统包括前置Buffer,承担C-V转换的作用,采样保持解调器,承担信号解调的作用,仪表放大器,承担信号放大的作用,开关电容低通滤波器,承担衰减高频信号的作用。本文采用Top-Down的电路设计方法,首先对加速度计的基本工作原理与信号的检测原理进行了分析,并搭建了开环检测系统的SIMULINK模型,为电路设计提供理论依据;其次,搭建加速度计的电学模型,模拟传感器的行为,并搭建其它电路模块的理想电学模型,结合传感器模型与电学模型,实现机-电一体化仿真,并为底层电路提供设计指标;最后,依据每个模块的技术指标设计底层电路。依托旺宏MXIC工艺厂的L50W工艺,完成开环检测电路的设计。利用频率为100 KHz的方波作为调制载波,加载在电容式传感器的上、下极板上,前置buffer中的运算放大器,采用两级折叠式共源共栅结构,能够实现4 MHz带宽与5 V/us的压摆率,采样保持解调器的采样频率为100 kHz,以两路采样结构分别对信号的正、负周期进行采样,仪表放大器实现双端输入转单端输出并放大信号的作用,低通滤波器采用2阶开关电容结构,选择巴特沃斯滤波函数,无限增益多路负反馈电路结构,实现截止频率3 kHz,通带信号衰减低于0.001%。检测电路的工作电压为单电源电压5 V,能够实现最大检测加速度2.7 g,最小可检测加速度100 ug,达到设计要求。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4

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本文编号：1169585