MEMS加速度传感器及其调理电路测试技术研究

发布时间：2021-10-31 21:10

　　MEMS（Micro-electro-mechanical Systems，微机电系统）加速度传感器是新一代地震检波器的核心部件，它主要由MEMS传感器件、ASIC（Application SpecifiedIntegrated Circuits，专用集成电路）读出电路等组成，可实现高灵敏度的地震波检测。本文依托国家科技重大专项，围绕“十二五”专项专题里的研究任务，对MEMS加速度传感器及其读出电路ASIC的测试技术进行了研究。主要研究工作和成果如下：（1） MEMS加速度传感器的重力场标定：以二阶非线性系数最小为标准对MEMS加速度传感器进行了重力场标定，并测试了加速度传感器的静态偏差、灵敏度和灵敏度温度系数。（2） MEMS加速度传感器系统噪声测试：分别测试了模拟闭环加速度传感器和数字闭环加速度传感器的系统噪声，测试模拟闭环加速度传感器系统噪声时采用放大噪声的方法提高了测试的准确性。（3） MEMS加速度传感器参考电压噪声测试及改进：分析了数字加速度传感器的噪声源，用计算和仿真的方法证实MEMS器件的布朗噪声和量化噪声不是主要噪声源。提出了测试极低电压噪声的方案，并对ASIC中的参... 

【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究意义
    1.2 国内外发展现状与趋势
        1.2.1 发展现状
        1.2.2 发展趋势
    1.3 本文主要内容
第二章 MEMS电容式加速度传感器工作原理
    2.1 电容式加速度传感器的基本原理
    2.2 微机械电容式加速度传感器的三种常见结构
        2.2.1 梳齿式硅微机械加速度传感器
        2.2.2 扭摆式电容加速度传感器
        2.2.3 三明治摆式电容加速度传感器
    2.3 本课题研究的MEMS加速度传感器
        2.3.1 MEMS传感器原理和建模
        2.3.2 加速度传感器结构和系统级仿真
    2.4 影响加速度传感器稳定性和噪声的因素
        2.4.1 参考电压
        2.4.2 环路滤波器系数
    2.5 开发平台与测试工具介绍
        2.5.1 基于FPGA SOPC系统
        2.5.2 NIOS II 软核
        2.5.3 SOPC系统的建立
        2.5.4 在本文中的应用
            2.5.4.1 FPGA开发套件
            2.5.4.2 数-模转换模块
            2.5.4.3 模-数转换模块
    2.6 本章小结
第三章 重力场标定实验及系统噪声测试
    3.1 温度重力场标定系统
    3.2 补偿电容
    3.3 静态偏差
    3.4 灵敏度
    3.5 系统噪声测试
        3.5.1 模拟闭环加速度传感器系统噪声测试
        3.5.2 数字闭环加速度传感器系统噪声测试
    3.6 本章小结
第四章 参考电压噪声测试
    4.1 数字闭环加速度传感器噪声源
    4.2 参考电压噪声测试
    4.3 参考电压噪声性能改进
    4.4 参考电压噪声对数字闭环加速度传感器系统噪声的影响
    4.5 本章小结
第五章 比例微分器及积分器测试
    5.1 PD测试
        5.1.1 测试原理
        5.1.2 测试结果分析
    5.2 积分器测试
        5.2.1 基本测试原理
        5.2.2 第一个积分器测试
        5.2.3 第二个和第三个积分器测试
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]梳齿式电容加速度传感器的原理和性能分析[J]. 胡雪梅,屈保中.  武汉理工大学学报. 2009(08)
[2]电容惯性传感器的结构分析[J]. 赵德申,胡雪梅.  武汉理工大学学报. 2009(06)
[3]加速度传感器在笔记本电脑中的应用[J]. 赵伟,周玲玲.  电信快报. 2008(05)
[4]微机械电容式加速度计结构设计分析[J]. 胡雪梅,殷鸿.  传感器世界. 2006(08)
[5]一种新型CMOS电容式绝对压力传感器的设计[J]. 刘娜,黄庆安,秦明.  传感技术学报. 2006(05)
[6]MEMS差动电容加速度传感器[J]. 唐晓刚,颜永安,王建民,牛德芳.  仪表技术与传感器. 2005(12)
[7]微加速度计研究的进展[J]. 李圣怡,刘宗林,吴学忠.  国防科技大学学报. 2004(06)
[8]消除CMOS读出电路噪声方法研究[J]. 沈晓燕.  红外与激光工程. 2004(06)
[9]MEMS加速度传感器的原理及分析[J]. 张海涛,阎贵平.  电子工艺技术. 2003(06)
[10]聚焦离子束（Focused Ion Beam）原理与其在半导体工业之应用[J]. 余维斌,黄坤火,柯大华.  电子工业专用设备. 2003(05)

博士论文
[1]微机械电容式传感器及其相关特性研究[D]. 董林玺.浙江大学 2004

硕士论文
[1]变面积电容式微机械加速度传感器检测电路的研究[D]. 陈延斌.吉林大学 2008
[2]基于非硅MEMS的新型微机械加速度计若干技术的研究[D]. 凌灵.上海交通大学 2008
[3]地震动加速度传感器的研究[D]. 王晓丽.中北大学 2007



本文编号：3468852