電容式微機械加速度計處理電路研究.pdf

1、加速度傳感器也稱加速度計(Accelerometer)是用來測量加速度的慣性傳感器件，可以應用于傾斜角、慣性力、沖擊及振動等慣性參數(shù)的測量。微機械加速度計在慣性制導、醫(yī)療、消費類電子產品中有很廣泛的應用。 電容檢測式微機械加速度計因為其高靈敏度和穩(wěn)定性在各種檢測形式的加速度計中備受關注。而電容檢測電路的性能又直接影響加速度系統(tǒng)輸出性能，因此提高電容檢測電路的性能是加速度計系統(tǒng)設計中非常重要的部分。 本文針對電容檢測式加速

2、度計設計了模擬和數(shù)字兩種不同形式的檢測電路。分別對兩種加速度計系統(tǒng)的工作原理進行了分析，同時分析了影響系統(tǒng)性能的因素。這些研究對利用數(shù)字式速度傳感器設計有理論指導的作用，并且為加速度計系統(tǒng)的實用化提供了有價值的參考本論文主要包括以下部分： 1)針對電容式微機械加速度計，設計了單載波調制型檢測電路。本文分析了每個模塊的電路結構和工作原理，并結合理論分析確定電路的各個參數(shù)，同時分析了載波信號，相位控制精度，寄生效應等因素對檢測電路的

3、影響。文中還分析了加速度計的溫度特性，同時提出了基于DSP的溫度補償方案。 2)針對電容式微機械加速度計，設計了數(shù)字式檢測電路。包括載波信號產生模塊，同步解調模塊，低通濾波模塊和相位控制模塊。分析了CORDIC算法的原理以及在FPGA中的實現(xiàn)，針對數(shù)字系統(tǒng)的解調算法對系統(tǒng)的各個參數(shù)進行優(yōu)化，并對優(yōu)化前后的系統(tǒng)性能進行了比較，提出了自動參考信號相位控制的方案并在系統(tǒng)中實現(xiàn)，同時對系統(tǒng)各個模塊利用Matlab進行了仿真分析。

4、 3)參考加速度計相關測試標準，制定了數(shù)字和模擬加速度計性能測試方案，建立了測試平臺。根據(jù)該方案，分別對模擬和數(shù)字式加速度計系統(tǒng)性能進行了測試。所測試模擬加速度計的標度因數(shù)為278mV/g，非線性度<1223ppm，三小時之內的零偏穩(wěn)定性為5.5×10-4g(1σ)。數(shù)字式加速度計的標度因數(shù)為2.37×107quants/g，非線性度<694ppm，3小時輸出穩(wěn)定性為1.5×10-4g(1σ)。同時還對模擬加速度計的溫度和頻率特性進行了