重力卫星微加速度计位移检测电路噪声分析

对重力卫星微加速度计位移检测电路的输入输出关系进行了详尽的推导,对各种噪声进行了分析,并选取一组典型参数计算了具体数值。发现在所有位移噪声中,电阻的热噪声处于主导地位,而运算放大器的电压和电流噪声可以忽略。电阻的热噪声包含桥路电阻的热噪声和反馈电阻的热噪声。反馈电阻的热噪声可以通过减小反馈电容而减小,桥路电阻的热噪声则与反馈电容无关。位移检测电路的设计所能达到的最好水平是使其噪声处于桥路电阻的热噪声的水平,而桥路电阻的热噪声与探头结构参数、激励电压、温度和差动变压器品质因数等有关。

微光栅加速度计温度控制研究

微光栅加速度计凭借着极高灵敏度和分辨率等优势成为近几年的研究热点,但外界环境温度的变化会影响其输出精度。为优化其温度特性,提出了一种两级内外温控系统。通过介绍微光栅加速度计的基本原理,分析了由于半导体激光器和MEMS敏感芯片的温度特性对其造成的影响。针对加速度计设计了温控电路,对其搭载两级内外温控系统,使其工作温度保持恒定,最后对该系统进行了实验测试。实验结果表明:在该温控系统下,加速度计的工作温度控制精度可达±0.02℃。对于加速度计的噪声性能而言,在0.01~10 Hz频段,相较于未加温控系统的加速度计,整体信噪比提高了20 dB。

微机械加速度计及电容检测电路的设计

本文讨论一种扭摆式微机械加速度计。介绍其敏感元件的结构，振动模态和数学模型，说明了集成电容检测电路的原理，并对该电路进行了具体设计，利用ＰＳＰＩＣＥ软件进行仿真分析，结果证明完全达到要求，并给出了同步解调器电路的形式。

差分电容硅微加速度计检测电路研究

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±13 gn。

具有自检测功能的闭环加速度计接口电路设计(英文)

为了改善微机电系统(MEMS)电容式加速度计的噪声特性,提出了一种基于开关电容的低噪声闭环接口电路。该电路采用电荷积分器作为前级预放大装置,对寄生电容不敏感,而且具有非常低的噪声。采用相关双采样(CDS)技术消除了1/f噪声和运算放大器失调电压的影响。同时,为了改善系统的动态响应特性,反馈部分采用积分电路,提高了系统阻尼比和响应速度。利用电荷泻放通道实现了自检测功能。采用0.5μm CMOS工艺完成了版图设计,仿真结果表明,系统灵敏度为0.115V/g,非线性度<0.12 %,可检测的最小加速度为20μg,自检测输出与自检测电压成正比。

一种可实现增益、带宽独立调控的低噪声MEMS加速度计接口电路设计

为了进一步满足振梁式加速度计(VBA)对前端放大接口电路增益、带宽以及噪声的更高要求,提出了一种适用于硅微振梁式加速度计的可实现增益、带宽独立调控的低噪声前端放大接口电路。该设计基于T型接口电路的两级拓扑结构,有效解决了增益、带宽和噪声之间的制约问题。通过仿真与实验结果表明,该设计在等效跨阻增益为40MΩ的前提下,最终实现了带宽为410kHz、相位误差为1.2°、等效输入电流噪声密度为8.9fA/√Hz。基于该设计的实验样机在上电稳定后1h零偏不稳定性达1.156μg,相较于传统一级跨阻接口电路减小了49.2%(2.274μg),验证了该新型接口电路的可行性和优越性。

静电刚度谐振式微加速度计及其接口电路分析

根据静电加载在平板电容器上产生等效静电负刚度原理,分析了基于静电刚度的谐振式微加速度计的敏感过程。针对有效信号检测中存在的同频干扰问题,建立了接口电路的等效模型,并根据干扰源提出在信号处理电路采用方波调制、开关解调的抑制方法。仿真和实验表明制造的加速度计检测端静态电容约为0.4pF,实验条件下变化的检测电容为3.1fF,干扰耦合电容约为0.04pF。频率调制解调方法实现了加速度计振动信号的拾取,在真空封装下品质因数约为1400,谐振频率为35.476 kHz。

单载波调制型加速度计差分电容检测电路

单载波调制型差分电容检测电路是为满足微机械加速度计高线性度、高分辨率的需要而设计的,本文给出了检测电路的原理图,分析了寄生电阻、电容模型,从理论上证明该电路可有效消除寄生电阻和电容的影响,并推导了各关键功能模块的传递函数;此外,从电路的各个局部环节研究了会对电路性能造成影响的因素,包括放大电路的噪声源、载波信号稳定性、两路电荷放大器一致性、调制信号与参考信号相位同步等。经理论推导,通过改进和避免不利因素的影响即可保证电路的稳定性,适用于微机械加速度计检测领域。

石英挠性加速度计数字闭环检测电路噪声研究

为解决目前数字闭环石英挠性加速度计(Digital Closed-Loop quartz flex Accelerometer,DCLA)实测精度与其理论极限精度存在一个数量级的问题,进行DCLA闭环检测电路噪声分析。建立闭环系统误差模型,采用噪声逐级检测的方法,搭建基于噪声分离的开环噪声测试平台,确定差动电容检测环节(C/V)是影响系统精度的主要因素。在此基础上,对改进后的试验样机开展零偏稳定性测试,并对试验结果进行Allan方差分析。实验结果表明,改进后的DCLA系统精度由65.49μg提高到12.24μg,与理论精度基本一致,充分验证了理论分析方法的正确性,为进一步改善和优化数字闭环加速度计系统提供指导和依据。

用于数字闭环加速度计的差动电容检测电路

数字闭环加速度计是加速度计领域最新的研究课题,它具有直接输出数字信号、累积误差小,采样时间短等优点,因此对差动电容检测电路的要求也很高。本文为满足数字闭环加速度计的需要设计的单载波调制解调型差动电容检测电路,分析了方案优缺点,给出了系统和检测电路的原理框图,以及各个功能模块的电路图和传递函数,最后通过实验验证,得到该电路满足灵敏度高,分辨性能好的要求,并且该电路在其他微弱信号检测领域也具有一定的实用意义。

开关电路在微机械加速度计中的应用

介绍了一种用于差分电容检测前置电路的开关电路,该电路使信号易于解调而能简化信号处理电路.阐述了电路的工作原理及相关特性,在250 kHz的载波频率下,给出了Hspice仿真结果及其具体在微机械加速度计中的应用.实际结果表明:样品的灵敏度为16～25 mV/gn,非线性为0.1 %～0.5 %,满足技术要求.

微机械电容式加速度计读出电路研究与设计

为了提高电容式MEMS加速度计测量精度,设计了一种应用于MEMS加速度计微弱信号读出电路;读出电路由T型阻容网络放大电路、模拟开关解调电路和四阶带通滤波电路组成,通过Multisim软件仿真分析各模块电路原理并确定影响读出电路的主要因素,进一步优化确定元器件最佳参数,最后制作出PCB电路板并开展实验测试,实验结果表明微弱信号检测准确率达90%以上,能很好地满足电容式MEMS加速度计微弱信号检测要求,同时该读出电路具有尺寸小、易调节、易于ASIC集成等特点,在微机械仪表的微小电容检测中有较高的实用价值。

非硅MEMS电容式微加速度计的测控电路设计

为了提高MEMS微加速度计的量程和抗过载能力,设计了基于UV-LIGA技术的非硅MEMS电容式微加速度计。针对该加速度计,设计了基于相敏解调的差分电容测控电路。检测通道主要由前置级电荷积分放大电路、带通滤波电路、相敏解调器、低通滤波以及电平转换电路组成,反馈通道由低通滤波和加法电路组成。完成了微加速度计测控电路的调试和检测通道的标定实验,实验表明:检测通道的量程约为±6 pF,灵敏度为89.3 mV/pF,线性度为2.59%,满足加速度计检测通道的要求。

电容式微加速度计检测原理与设计分析

本文主要介绍电容式加速度计采用差动电容检测电路的数学原理,着重阐述微加速度计的电容变化率为微弱输入信号的检测技术实现。并在设计分析检测微小电容交化量的电路基础上,进一步采用开关型电路,来实现检测的电容变化率目的。

高线性微机械差分电容式加速度计测量电路

介绍了一种可用于微机械电容式加速度传感器的接口电路，该电路应用了开关型相敏解调电路，具有灵敏度高、线性好的特点，能测量微差分电容的变化。实验结果表明，该电路的线性高，测量微差分电容具有良好性能，是一种具有实用价值的微差分电容测量接口电路。应用该电路于最新开发成的微机械电容式加速度传感器，电路输出信号的非线性小于0．20％。

一种隧道式硅微加速度计隧道电流处理电路的设计

本文研究了一种隧道式硅微加速度计隧道电流处理电路.与多数处理电路不同的是,本文以精密仪表运放为核心,设计了一种低温漂,高放大倍数的纳安级电流放大和反馈电路,该电路包括A/V转换、差分放大、信号滤波、电压跟随、电压反馈五部分组成,电路采用了尽量少的分立元件.分析了隧道电流与反馈控制电压及隧道电极问距离的关系.实验证明,该电路不但能榆测并放大纳安级的电流,而且能为隧道式硅微加速度计提供适当的反馈电压,其温漂系数小,体积小,可用作隧道式硅微加速度计隧道电流的处理电路.

硅挠性加速度计检测电路设计

对于飞行体唯一能检测的就是加速度。将所测的加速度进行积分处理,可得到飞行体的速度和位置。从而实现飞行体自主的惯性制导与控制。文中分析了基于互感系数变化用于惯性制导的精密的力平衡加速度计的测试电路的设计以及仿真。这种硅挠式加速度计伺服检测电路主要是对互感系数的变化进行采集、放大、转换等处理,最终能完成对力矩线圈进行反馈控制的任务。

电容式微位移传感器检测电路的设计

设计了一种改进的电容运算放大器检测电路,该电路主要包括正弦激励源电路、电容检测电路、精密全波整流电路和增益滤波电路。实验证明,采用该电路的传感器,非线性误差小于 0.1%,分辨率优于 0.1μm。

石英挠性加速度计中高精度低零偏伺服电路的设计

介绍了一种用于石英挠性加速度计的伺服电路。通过对内部的差动电容检测器进行激光修调,使该伺服电路的零偏电流小于1.33μA。低零偏电流的特点大大地提高了本伺服电路响应加速度时输出电流的精度,即提高了所检测加速度值的精度。

面向硅微谐振式加速度计的高精度片上温度控制器

为提高硅微谐振式加速度计在变温环境下的精度与稳定性,设计并制备了一种高精度的片上温度控制器,它由硅衬底、铂电阻加热器、测温电阻和温度控制电路组成。对温度控制器的传热模型进行理论分析,使用COMSOL对片上温度控制器进行仿真。利用微加工技术制备温度控制器,并设计实验对温控精度、长期稳定性、环境温度影响、功耗等指标进行测试。结果表明,温度控制器可以在600 s内稳定在设定温度±0.001 5℃的范围内,加速度计输出的频率波动范围为±0.03 Hz,内部温度随外界温度变化为0.012 5℃/℃,片上温度控制器的峰值功耗为100 mW。该温度控制器精度高、通用性强,适用于温度范围小、精度要求高的应用场景。