电容式加速度计的电路设计_改1234

毕业设计电容式加速度计的电路设计系别：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：职称：年月日电容式加速度计的电路设计摘要20世纪80年代，随着微电子技术、半导体集成电路工艺的日益完善，人们开始把IC制造技术引用于精密机械制造，出现了微机械、微型传感器、微型执行器等微机械制造技术。微机械电容式加速度计是人们广为关注、竞相开发的一种微型加速度计。其中，加速度计的类型有压阻式、压电式和电容式等多种。其中，电容式加速度计具有测量精度高、温度效应等优点。随着MEMS(MicroElectroMechanicalSys-tem)技术的发展，采用静电力驱动、电容变化检测位移的电容式MEMS加速度计因具有结构简单、动态响应快、分辨率高、温漂低等优点，应用越来越广泛。采用闭环差动结构的电容式加速度计可进一步提高灵敏度，减小非线性误差是目前实现高性能加速度计的一个有效途径。电容式加速度计为一种重要的惯性器件，在汽车、消费电子、惯性制导等方面有广泛的应用前景。性能指标的提高一直是微机械加速度计领域的重要研究方向。其中，检测电路的性能对加速度计整体性能也起着日益重要的决定作用。本文主要针对电容式加速度计的噪声以及闭环检测电路和自动校零技术等作为主要的分析方向，这对于电容式加速度计的工程化和未来的发展方向具有一定的参考意义。论文的研究方向：（1）机械加速度计的分类。有压电式、压阻式、电容式等。（2）电容式加速度的噪声分析。（3）电容式加速度计的闭环检测电路分析。（4）电容式加速度计的自动校零技术分析。关键词：电容式加速度计；分辨率；惯性器件；噪声；自动校零CAPACITIVEACCELEROMETERCIRCUITDESIGNABSTRACTNineteeneighties，withmicroelectronictechnology，semiconductorintegratedcircuittechnologyisincreasinglyperfect，peoplebegantouseICmanufacturingtechnologyusedinprecisionmachinerymanufacturing，appearedamicromechanical，miniaturesensors，microactuatorsandothermicromachinerymanufacturingtechnology.Micromechanicalcapacitiveaccelerometeriswidelyconcerned，competinginthedevelopmentofakindofmicroaccelerometer.Amongthem，theaccelerometerofthetypehavingpiezoresistive，piezoelectrictransformerandcapacitoretc..Wherein，capacitiveaccelerometerhashighmeasurementprecision，temperatureeffectandotheradvantages.WiththeMEMS(MicroElectroMechanicalSys-tem)technologydevelopment，usingthestaticelectricpowerdriving，capacitancechangedetectiondisplacementcapacitiveaccelerometerMEMSbecauseofitssimplestructure，quickdynamicresponse，highresolution，lowtemperaturedrift，isappliedmoreandmoreextensively.Usingaclosed-loopdifferentialcapacitiveaccelerometercanfurtherimprovethesensitivity，reducednonlinearerrorispresenttorealizehighperformanceaccelerometerinaneffectiveway.Capacitiveaccelerometerisakindofimportantinertialdevice，intheautomotive，consumerelectronics，inertialguidancehasextensiveapplicationprospects.PerformanceimprovementofMEMSaccelerometerhasbeenisanimportantresearchdirectioninthefield.Amongthem，detectingcircuitforaccelerometerperformanceoverallperformancealsoplaysanincreasinglyimportantroleinthedecision.Researchdirection:(1)theclassificationofmechanicalaccelerometer.Apiezoelectrictype，pressureresistancetype，capacitancetype.(2)acapacitiveaccelerationnoiseanalysis.(3)capacitiveaccelerometersdetectioncircuitanalysis.(4)capacitiveaccelerometerautozerocalibrationtechnologyanalysis.Keywords:capacitiveaccelerometer;resolution;inertialdevice;noise;automaticzeroadjustment目录1绪论......................................................................11.1机械加速度计的基本原理...............................................11.1.1加速度计的性能指标..............................................21.2加速度计的分类.......................................................31.2.1电容式加速度计..................................................31.2.2压电式加速度计..................................................41.2.3压阻式加速度计..................................................41.2.4隧道式加速度计..................................................51.3应用.................................................................52电容式加速度计的噪声分析..................................................62.1.1基本组成........................................................62.1.2工作原理........................................................72.2电容式微加速度计噪声建模.............................................72.2.1机械热噪声......................................................72.2.2电路噪声........................................................82.2.3噪声计算.......................................................102.2.4实验结果分析...................................................102.3结论................................................................123电容式加速度计的闭环检测电路分析.........................................123.1三明治结构加速度计检测原理..........................................123.2双端反馈闭环检测电路设计............................................133.2.1高对称激励信号源...............................................143.2.2同步相敏解调的带通作用.........................................173.2.3双端反馈静电力平衡回路.........................................173.2.4实验结果与讨论.................................................183.3结论................................................................194电容式加速度计的自动校零技术分析.........................................204.1加速度计结构和静电力调零原理........................................204.2自动调零电路的设计..................................................214.2.1数字电位器MAX4502的工作原理...................................214.2.2自动校零接口电路及其实现.......................................224.2.3实验结果.......................................................234.3结论................................................................245总结与展望...............................................................24参考文献...................................................................25致谢.......................................................................26闽南理工学院毕业设计1第1章绪论1.1机械加速度计的基本原理加速度计的测量原理基于牛顿第二定律:物体受到的合力等于其质量与加速度的乘积。无论哪种类型的加速度计，都包括机械敏感元件和检测电路两部分。在外部加速度引起的惯性力作用下，机械敏感元件的某项属性会发生变化，从而引起相关物理量(电容、压力、电阻等)的变化。通过检测电路将这些变化转化为容易测量的电学量，比如电压、电流、频率等等，作为被测加速度