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Design and noise analysis of a sigma-delta capacitive micromachined accelerometer 被引量:1
1
作者 刘云涛 刘晓为 +1 位作者 陈伟平 吴群 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期96-101,共6页
A single-loop fourth-order sigma-delta(ΣΔ) interface circuit for a closed-loop micromachined accelerometer is presented.Two additional electronic integrators are cascaded with the micromachined sensing element to ... A single-loop fourth-order sigma-delta(ΣΔ) interface circuit for a closed-loop micromachined accelerometer is presented.Two additional electronic integrators are cascaded with the micromachined sensing element to form a fourth-order loop filter.The three main noise sources affecting the overall system resolution of aΣΔaccelerometer, mechanical noise,electronic noise and quantization noise,are analyzed in detail.Accurate mathematical formulas for electronic and quantization noise are established.The ASIC is fabricated in a 0.5μm two-metal two-poly n-well CMOS process.The test results indicate that the mechanical noise and electronic noise are 1μg/(Hz)^(1/2) and 8μV/(Hz)^(1/2) respectively,and the theoretical models of electronic and quantization noise agree well with the test and simulation results. 展开更多
关键词 noise analysis SIGMA-DELTA micromachined accelerometer ASIC
原文传递
Optimization Design of Silicon Micro - capacitive Accelerometer with PWM Technique
2
作者 WUYing JIANGYong-qing 《Semiconductor Photonics and Technology》 CAS 1999年第4期193-197,228,共6页
The property of silicon micro-capacitive accelerometer is analyzed and discussed by establishing the model of the sensor,to lay a basis for optimization design of sensor system structure. Discussed issues include the ... The property of silicon micro-capacitive accelerometer is analyzed and discussed by establishing the model of the sensor,to lay a basis for optimization design of sensor system structure. Discussed issues include the static modeling and dynamic behavior of the two commonly used structures,i.e., double-cantilever supported and four-beam supported structures, and also the measurement range of these devices. 展开更多
关键词 capacitive accelerometer PWM Modulation Silicon Micromachine
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微小差分电容检测技术的研究 被引量:8
3
作者 朱武 张佳民 +2 位作者 熊斌 车录锋 王跃林 《测试技术学报》 EI 2004年第3期203-207,共5页
 在MEMS电容式加速度传感器的测试中,由于受单放大器开环增益有限的影响,提高加速度计的分辨力和稳定性是非常困难的.针对这种情况,本文采用组合放大器和地对地解调等先进技术对高频小信号进行高精度处理,实验结果表明,电路可检测的最...  在MEMS电容式加速度传感器的测试中,由于受单放大器开环增益有限的影响,提高加速度计的分辨力和稳定性是非常困难的.针对这种情况,本文采用组合放大器和地对地解调等先进技术对高频小信号进行高精度处理,实验结果表明,电路可检测的最小差分电容可达到5aF(5×10-18F). 展开更多
关键词 放大器 解调 小信号 MEMS 分辨力 高频 差分 电容检测 开环增益 加速度传感器
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环境振动测量电容式加速度传感器设计 被引量:6
4
作者 周再发 黄庆安 秦明 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期298-301,共4页
设计了一种用于环境振动测量的高分辨率电容式加速度传感器 ,通过适当减小质量块的质量 ,不改变敏感电容的大小 ,降低了实现加速度传感器闭环控制对多晶硅固定电极刚度的要求 ,采用简单的加工工艺 ,多晶硅固定电极刚度就能满足加速度传... 设计了一种用于环境振动测量的高分辨率电容式加速度传感器 ,通过适当减小质量块的质量 ,不改变敏感电容的大小 ,降低了实现加速度传感器闭环控制对多晶硅固定电极刚度的要求 ,采用简单的加工工艺 ,多晶硅固定电极刚度就能满足加速度传感器闭环控制的需要。通过在传感器的三层电极上都刻蚀阻尼孔 ,减小阻尼 ,提高传感器的品质因子 ,传感器能提供 展开更多
关键词 环境振动测量 电容式加速度传感器 设计 微加工技术 微机电系统
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空气耦合式电容微超声换能器的设计与分析 被引量:13
5
作者 张慧 赵晓楠 +1 位作者 张雯 曾周末 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期2218-2225,共8页
传统的电容式微超声换能器(CMUT)采用密闭腔体,振膜两侧存在压力差不易起振,需要施加较大的偏置电压;同时狭小腔体对振膜振动产生阻碍,降低了机电耦合效率。针对这一问题,设计了带孔的振膜结构,消除了腔体密闭带来的不利影响;研究了振... 传统的电容式微超声换能器(CMUT)采用密闭腔体,振膜两侧存在压力差不易起振,需要施加较大的偏置电压;同时狭小腔体对振膜振动产生阻碍,降低了机电耦合效率。针对这一问题,设计了带孔的振膜结构,消除了腔体密闭带来的不利影响;研究了振膜腐蚀孔的大小、位置对CMUT频率特性的影响;设计了基于表面硅牺牲层工艺的工艺流程,加工了64阵元CMUT阵列;对CMUT阵列中单个阵元进行了阻抗校准,测试了振膜的谐振特性,并进行了阵列中的阵元一致性扫查。实验结果表明:非密闭腔体带孔方膜CMUT满足设计需求,且各阵元之间一致性良好。 展开更多
关键词 电容式微超声换能器 空气耦合式 带孔振膜 频率分析
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改进的电容式微加速度计中电路噪声模型 被引量:3
6
作者 刘云涛 王颖 邵雷 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期522-527,共6页
为了在加速度传感器设计中准确预测系统电路噪声,优化电路设计参数,建立了改进的电容式微加速度计中的电路噪声模型.详细分析了电荷积分器中的运算放大器噪声、开关热噪声、驱动信号参考电压、寄生电容电阻对系统噪声的影响,分析了相关... 为了在加速度传感器设计中准确预测系统电路噪声,优化电路设计参数,建立了改进的电容式微加速度计中的电路噪声模型.详细分析了电荷积分器中的运算放大器噪声、开关热噪声、驱动信号参考电压、寄生电容电阻对系统噪声的影响,分析了相关双采样对热噪声和1/f噪声的影响,建立了微加速度计系统的输入参考噪声公式,所建立的电路噪声模型对各个电路噪声源进行综合考虑,没有忽略噪声源间的相互影响.仿真和测试结果表明:所建立的电路噪声模型能够准确的预测噪声水平,且开关热噪声在高精度微加速度计中严重影响着系统噪声水平. 展开更多
关键词 电容式微加速度计 电路噪声模型 电荷积分器
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硅微谐振加速度计的模态分析与实验 被引量:6
7
作者 张秀丽 何晓飞 +2 位作者 尹永刚 方政翔 韩丰田 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期690-694,700,共6页
针对硅微谐振加速度计在进行结构设计时,如何根据模态特性选取工作模态这一问题,比较分析了加速度计工作在两种不同振动模态下的性能参数。首先采用刚度法分析了谐振器的振动特性,得出能够反映谐振器振动状态的两种模态即同相振动模态... 针对硅微谐振加速度计在进行结构设计时,如何根据模态特性选取工作模态这一问题,比较分析了加速度计工作在两种不同振动模态下的性能参数。首先采用刚度法分析了谐振器的振动特性,得出能够反映谐振器振动状态的两种模态即同相振动模态和反相振动模态,结合理论推导和仿真结果得出两种振动模态下谐振频率差值与标度因数差值呈线性关系;其次通过分析两种振动模态下的能量分布情况,得出两种振动模态下谐振器的品质因数与振梁振动幅值之间的关系,同相模态振动一个周期所消耗能量约为反相模态所消耗能量的2倍;最后通过评估硅微谐振加速度计的噪声,阐明了两种振动模态下部分噪声分量不同的原因并进行了实验验证。实验结果表明,在相同驱动电压下,同相模态相比反相模态总体噪声增大25.7%。该研究为设计硅微谐振式加速度计时,确定谐振器的振动模态及驱动方案提供了参考依据。 展开更多
关键词 硅微谐振加速度计 模态分析 同相模态 反相模态
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硅微电容式加速度传感器结构设计 被引量:2
8
作者 吴英 江永清 +1 位作者 温志渝 胡松 《半导体光电》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第4期237-240,共4页
通过建立传感器的力学模型,对硅微电容式加速度传感器的特性作了详细的分析与讨论,为系统结构的优化设计提供了理论基础。
关键词 硅微机械 电容式加速度传感器 PWM调制
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微机械电容式加速度计静力分析 被引量:3
9
作者 王洋 商顺昌 任思聪 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 1996年第9期15-17,共3页
本文根据微加速度计的结构特点,分析了单晶硅的力学特性,并且利用有限元方法对微电容式加速度计敏感芯片弹性梁的刚度、应力、应变进行了分析。
关键词 微电容 加速度计 有限元 静力分析
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高性能微加速度计接口电路的研究 被引量:2
10
作者 王涛 李晓莹 +1 位作者 常洪龙 蒋庆华 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2006年第6期42-44,共3页
介绍一种可用于微机械电容式加速度计检测的接口电路,该电路利用电荷放大器把电容变化转变成电压变化,再对被加速度信号调制的载波信号进行解调,经过低通放大滤波,最后得到与加速度信号成正比的直流电压信号,具有测量差分电容变化的功... 介绍一种可用于微机械电容式加速度计检测的接口电路,该电路利用电荷放大器把电容变化转变成电压变化,再对被加速度信号调制的载波信号进行解调,经过低通放大滤波,最后得到与加速度信号成正比的直流电压信号,具有测量差分电容变化的功能和灵敏度高、线性好的特点。整体电路通过Pspice进行了仿真,优化后制成PCB板进行实验。实验结果线性度为5%,灵敏度为19.5 V/pF,表明该电路是一种具有实用价值的电容式加速度计检测接口电路。 展开更多
关键词 差分电容 微加速度计 电荷放大器 开关相敏解调
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音叉振动式微机械陀螺输出电容的统计特性分析 被引量:2
11
作者 姜涛 王安麟 +2 位作者 刘广军 张颖 焦继伟 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期114-118,共5页
以一种通过体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为对象,基于随机摄动技术定量计算了微陀螺检测输出电容变异的统计特征,以概率思想表达微陀螺批量加工过程所带来的材料/尺寸随机误差对其性能的影响。所提出的影响因子这一概念... 以一种通过体微机械加工技术制备的音叉振动式微机械陀螺为对象,基于随机摄动技术定量计算了微陀螺检测输出电容变异的统计特征,以概率思想表达微陀螺批量加工过程所带来的材料/尺寸随机误差对其性能的影响。所提出的影响因子这一概念反映了微陀螺参数变异对性能变异的敏感度。在详尽分析微陀螺众多参数的影响因子的基础上获得微陀螺5个最为关键的参数。有限关键参数的获得,不仅能为微陀螺的健壮性设计提供帮助,同时也能为实际微陀螺的加工控制提供量化的参考依据。 展开更多
关键词 微机械陀螺 影响因子 随机参数 输出电容 离差系数 统计分析
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硅微电容式二维加速度传感器的加工与测试(英文) 被引量:1
12
作者 刘妤 温志渝 +1 位作者 陈李 杨红韵 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期444-447,共4页
设计了一种基于体硅加工技术的单敏感质量元差分电容式二维加速度传感器,并采用硅-玻璃静电键合、ICP工艺释放等技术完成了二维加速度传感器的加工。测试结果表明:该二维加速度传感器两个检测方向上的灵敏度基本一致,线性度较好,交叉干... 设计了一种基于体硅加工技术的单敏感质量元差分电容式二维加速度传感器,并采用硅-玻璃静电键合、ICP工艺释放等技术完成了二维加速度传感器的加工。测试结果表明:该二维加速度传感器两个检测方向上的灵敏度基本一致,线性度较好,交叉干扰较小。X、Y方向的灵敏度分别为58.3 mV/gn、55.6 mV/gn;线性相关系数分别为0.9968、0.9961,交叉灵敏度分别为6.17%、7.82%。 展开更多
关键词 MEMS加速度传感器 二维电容式传感器 体硅工艺 ICP深刻蚀
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力平衡式三轴微加速度计的设计与分析 被引量:4
13
作者 潘武 张昱 《纳米技术与精密工程》 CAS CSCD 2006年第2期141-145,共5页
设计了一种具有单一检测质量的力平衡式三轴微加速度计.采用硅-硅键合工艺形成作为单一检测质量块的硅片组合,利用全差分电容检测法实现对加速度三轴分量的检测.通过提高检测质量的重心,有效增加了X、Y 轴的灵敏度.利用ANSYS仿真软... 设计了一种具有单一检测质量的力平衡式三轴微加速度计.采用硅-硅键合工艺形成作为单一检测质量块的硅片组合,利用全差分电容检测法实现对加速度三轴分量的检测.通过提高检测质量的重心,有效增加了X、Y 轴的灵敏度.利用ANSYS仿真软件对该微加速度计进行了模态及静力学分析,提出了优化设计参数.3个检测模态 (1阶、2阶和3阶模态)的频率分别为1.329 kHz、1.345 kHz 和2.174 kHz.通过优化设计,提高了3阶模态和4阶模态的频率差距,降低了其他高阶模态的干扰.在100g(g为重力加速度)的Z向加速度作用下,悬臂梁所受的最大应力为46 MPa,小于单晶硅的弯曲极限值70-200 MPa.静力学分析表明,加速度计的悬臂梁结构参数能够满足加速度计的力学性能要求. 展开更多
关键词 三轴微加速度计 差分电容 灵敏度 阳极键合 模态分析
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电容式微机械超声换能器封装设计 被引量:2
14
作者 王朝杰 王红亮 +2 位作者 段培盛 陈一波 胡晓峰 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第4期624-628,共5页
针对电容式微机械超声换能器(CMUT)封装材料阻抗匹配失衡,应力大及声波能量损失大等问题,设计了一种在水下10m透声性能好、弯曲形变小的聚氯乙烯封装结构。依据透声理论和材料属性,计算封装结构参数。利用COMSOL Multiphysics 5.0建立... 针对电容式微机械超声换能器(CMUT)封装材料阻抗匹配失衡,应力大及声波能量损失大等问题,设计了一种在水下10m透声性能好、弯曲形变小的聚氯乙烯封装结构。依据透声理论和材料属性,计算封装结构参数。利用COMSOL Multiphysics 5.0建立封装结构三维有限元模型,通过模态分析和静态分析分别得到封装结构的固有属性和水下机械性能。封装结构的一阶共振频率为792.47Hz,不会对CMUT 400kHz的工作频段产生干扰。利用压力平衡装置保护水下系统安全性,水下10m最大形变为1.12mm,最大应力为14.4 MPa,未超过聚氯乙烯的弯曲强度。实际测试声压与理论值最大误差为4.8%,物距测量误差为1mm,设计的CMUT封装结构满足设计要求。 展开更多
关键词 电容式微机械超声换能器(CMUT) 透声系数 封装结构 有限元分析
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一种双轴电容式微机械加速度计 被引量:5
15
作者 任杰 樊尚春 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期2174-2176,共3页
提出一种双轴电容式微机械加速度计的结构形式.采用一个质量块敏感两个正交方向的加速度,设计的弹性支撑结构巧妙地实现了正交方向的解耦,且结构稳定性好,以梳齿电容实现差动的静电驱动、电容检测.利用MATLAB软件对敏感结构参数、性能... 提出一种双轴电容式微机械加速度计的结构形式.采用一个质量块敏感两个正交方向的加速度,设计的弹性支撑结构巧妙地实现了正交方向的解耦,且结构稳定性好,以梳齿电容实现差动的静电驱动、电容检测.利用MATLAB软件对敏感结构参数、性能参数进行了计算、分析,用ANSYS仿真软件对敏感结构进行了静态和模态分析,从理论上验证了所提出的双轴电容式微机械加速度计整体结构的可行性. 展开更多
关键词 微机电系统 微机械加速度计 有限元分析
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基于MEMS的硅微压阻式加速度传感器的设计 被引量:6
16
作者 张建碧 《电子科技》 2009年第10期40-42,共3页
随着硅微机械加工技术(MEMS)的快速发展,各种基于MEMS技术的器件应运而生。文中首先对传感器结构及工作原理进行了简单介绍,给出了一种基于MEMS技术制作的压阻式硅微加速度传感器的结构和工艺,并对制作的加速度传感器样品进行了动态测试... 随着硅微机械加工技术(MEMS)的快速发展,各种基于MEMS技术的器件应运而生。文中首先对传感器结构及工作原理进行了简单介绍,给出了一种基于MEMS技术制作的压阻式硅微加速度传感器的结构和工艺,并对制作的加速度传感器样品进行了动态测试,测试结果表明实验与理论设计值相符。 展开更多
关键词 微加工 微压阻式加速度传感器 有限元分析
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电容式微机械加速度计测量范围上限设计 被引量:1
17
作者 陈宇晓 刘昌孝 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2003年第6期62-64,共3页
测量范围上限设计一直是高gn值微惯性引信研制的一个难题,对差动电容式微加速度计各参数对量程的本质影响及其相互关系进行了研究,理论分析和计算机仿真结果表明:按同一比例尽量减小封装间隙和电极面积,使得受限于临界偏压的外加偏压取... 测量范围上限设计一直是高gn值微惯性引信研制的一个难题,对差动电容式微加速度计各参数对量程的本质影响及其相互关系进行了研究,理论分析和计算机仿真结果表明:按同一比例尽量减小封装间隙和电极面积,使得受限于临界偏压的外加偏压取值刚好能提供需要的量程,同时使用质量块减薄和打孔并用的方法来提高最大量程,所设计出的加速度计可具有70gn以上量程。 展开更多
关键词 微机械加速度计 测量范围上限 差动电容结构 参数 微电子机械系统 最大量程设计
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一种扭摆式硅微机械加速度传感器
18
作者 毋正伟 陈德勇 +1 位作者 杨苗苗 徐磊 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第8期85-88,共4页
介绍了一种基于体硅微机电系统(MEMS)工艺制作的扭摆式硅微机械加速度传感器,对制作过程的一些工艺问题进行探讨,并提出相应的解决办法,主要涉及到硅-玻璃阳极键合、结构释放等关键工艺。对测试结果进行了初步分析,分辨力可以达到1mgn,... 介绍了一种基于体硅微机电系统(MEMS)工艺制作的扭摆式硅微机械加速度传感器,对制作过程的一些工艺问题进行探讨,并提出相应的解决办法,主要涉及到硅-玻璃阳极键合、结构释放等关键工艺。对测试结果进行了初步分析,分辨力可以达到1mgn,测试±1gn范围内线性度可以达到99.99%。 展开更多
关键词 加速度传感器 体硅工艺 电容式 阳极键合 微机电系统
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基于MEMS的硅微压阻式加速度传感器设计 被引量:4
19
作者 张建碧 《电子与封装》 2009年第10期39-41,共3页
硅微加速度传感器是MEMS器件中的一个重要分支,具有十分广阔的应用前景。由于硅微加速度传感器具有响应快、灵敏度高、精度高、易于小型化等优点,而且该种传感器在强辐射作用下能正常工作,因而在近年来发展迅速。文章首先对传感器结构... 硅微加速度传感器是MEMS器件中的一个重要分支,具有十分广阔的应用前景。由于硅微加速度传感器具有响应快、灵敏度高、精度高、易于小型化等优点,而且该种传感器在强辐射作用下能正常工作,因而在近年来发展迅速。文章首先对传感器结构及工作原理进行了简单介绍,给出了一种基于MEMS技术制作的压阻式硅微加速度传感器的结构和工艺,并对制作的加速度传感器样品进行了动态测试,测试结果表明与理论设计值基本吻合。 展开更多
关键词 微加工 微压阻式加速度传感器 有限元分析
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基于AD7745的微电容加速度计测量电路设计与实现 被引量:6
20
作者 何维玮 赵新 +1 位作者 李毅堂 卢桂章 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第3期529-532,共4页
AD7745是世界上首款24bit数字输出的电容读取芯片,可以测量一对差分电容。它的输入共模偏置电容最大可到17PF,输入电容变化范围为±4pF,采样频率/通频带为10Hz到90Hz。基于AD7745的微电容加速度计测量电路系统有两种输出方式:一方... AD7745是世界上首款24bit数字输出的电容读取芯片,可以测量一对差分电容。它的输入共模偏置电容最大可到17PF,输入电容变化范围为±4pF,采样频率/通频带为10Hz到90Hz。基于AD7745的微电容加速度计测量电路系统有两种输出方式:一方面通过16bit的D/A将数字信号转换成模拟电压信号,实时输出到示波器;另一方面可将AD7745的24bit输出结果通过串口输入到计算机里,由计算机实现波形显示、分析。对PCB布线进行优化后,试验测得采样频率为90.9Hz时,AD7745数据的实际有效位数为14.5bit,对应分辨率为0.37fF。 展开更多
关键词 电容式微加速度计 AD7745 测量电路
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