本文關(guān)鍵詞：閉環(huán)叉指式電容微機(jī)械加速度計(jì)動(dòng)態(tài)性能研究及優(yōu)化

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【摘要】：MEMS (Micoelectromechanical system)加速度計(jì)以其優(yōu)越的性能和應(yīng)用價(jià)值而被各國(guó)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)、各國(guó)高校和公司視為重點(diǎn)研究對(duì)象。MEMS加速度計(jì)在汽車安全氣囊、地震監(jiān)測(cè)儀、手機(jī)、游戲機(jī)等消費(fèi)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在一些應(yīng)用中,加速度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)中過(guò)大的超調(diào)量會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的誤動(dòng)作。例如,汽車安全氣囊系統(tǒng)中加速度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)中過(guò)大的超調(diào)量會(huì)導(dǎo)致安全氣囊在錯(cuò)誤的時(shí)刻打開。因此,對(duì)MEMS加速度計(jì)動(dòng)態(tài)性能的研究與優(yōu)化是非常必要的。目前數(shù)字電路以其抗干擾能力強(qiáng),精度高等優(yōu)點(diǎn)成為了主要的研究熱點(diǎn),而模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分,相對(duì)于傳統(tǒng)Nyquist模數(shù)轉(zhuǎn)換器,Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器在消耗更少硬件資源的同時(shí)卻獲得了更高的精度,將Sigma-Delta技術(shù)與二階微加速度結(jié)構(gòu)相結(jié)合可以提高微加速度計(jì)的噪聲整形能力,從而提高閉環(huán)微加速度計(jì)系統(tǒng)的精度。因此高階Sigma-Delta微加速度計(jì)的研究具有重要的研究意義。本文基于叉指式電容微加速度計(jì)閉環(huán)檢測(cè)電路,提出了一種改善閉環(huán)電容式微機(jī)械加速度計(jì)動(dòng)態(tài)性能的比例積分(Proportional-Integral, PI)補(bǔ)償模塊。與此同時(shí),設(shè)計(jì)了一種3階反饋數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。本文主要的研究工作和成果如下：(1)分析了閉環(huán)電容式微機(jī)械加速度計(jì)的工作原理,利用MATLAB的Simulink工具搭建了閉環(huán)電容式微機(jī)械加速度計(jì)的模型。通過(guò)仿真研究了不同的比例系數(shù)P及積分系數(shù)I對(duì)閉環(huán)加速度計(jì)動(dòng)態(tài)性能的影響,分析了PI模塊對(duì)閉環(huán)電容式微機(jī)械加速度計(jì)阻尼比和固有諧振頻率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果相吻合。(2)根據(jù)仿真模型搭建PCB檢測(cè)電路,分析寄生電容、寄生電阻等因素對(duì)零偏產(chǎn)生的影響,并提出了采用并聯(lián)可調(diào)電容的方法修正零偏。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明并聯(lián)可調(diào)電容可將零偏從62.15mV減小到0.5mV。(3)設(shè)計(jì)數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。利用MATLAB和Modelsim聯(lián)合仿真對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)字Sigma-Delta調(diào)制器進(jìn)行綜合仿真驗(yàn)證,數(shù)字電路仿真結(jié)果與MATLAB仿真結(jié)果相吻合。(4)設(shè)計(jì)五階Sigma-Delta微加速度計(jì),提高閉環(huán)微加速度計(jì)的噪聲整形能力。仿真結(jié)果表明輸入500Hz的正弦波加速度信號(hào)時(shí),叉指式電容微加速度計(jì)閉環(huán)輸出信噪比為74.0dB,有效位數(shù)為12.0;5階Sigma-Delta微加速度計(jì)閉環(huán)輸出信噪比為84.8dB,有效位數(shù)為13.8。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH824.4

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 程磊;陳中良;;一種用于加速度計(jì)中的五階sigma-delta調(diào)制器[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2015年03期

2 杜松杰;苑偉政;陳方;常洪龍;;基于∑-△M的五階MFLR數(shù)字微加速度計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年12期

3 代廣珍;徐太龍;孟堅(jiān);徐會(huì)芳;徐超;陳軍寧;;改進(jìn)的一階1 bit Sigma-Delta調(diào)制器研究[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2014年07期

4 劉恒;何曉平;杜連明;劉清`，

本文編號(hào)：1242280