【摘 要】
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基于压阻效应原理的硅微加速度计具有可靠性高,灵敏度高,成本低,结构简单等优点,广泛应用于工业、医疗设备、国防建设等领域。但前端结构部分惠斯通电桥中压敏电阻的温度特性导致
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基于压阻效应原理的硅微加速度计具有可靠性高,灵敏度高,成本低,结构简单等优点,广泛应用于工业、医疗设备、国防建设等领域。但前端结构部分惠斯通电桥中压敏电阻的温度特性导致的温度敏感性和电阻不匹配问题导致的零点偏移使传感器需要接口电路进行处理。因此设计具有修正零点偏移功能的接口电路具有重要意义。本文根据压阻式硅微加速度计及接口电路的工作原理,设计了可以修正传感器零点偏移的接口电路。为了减小整体接口电路的功耗,本设计从晶体管级和系统级两方面对接口电路的功耗进行了优化。 本文通过比较几种三级运算放大器的工作原理,基于电容乘积原理,设计了CMFC三级低功耗运算放大器。由于压阻式硅微加速度计的传感器结构输出信号存在较大的零点偏移,需要进行零偏校正,本文设计了基于逐次逼近原理的修正传感器零点偏移电路,包括比较器、二进制双向可逆计数器、数模转换器、启动控制逻辑电路和时序发生电路的设计,其中启动控制逻辑的设计是为了在确定逐次逼近完成后,关闭比较器、二进制双向可逆计数器等只是用于零点偏移修正的电路模块,从而降低系统功耗。在完成电路中各个模块的设计后用Hspice对整体接口电路进行仿真,仿真结果表明在电路增益为500的情况下当输入零点偏移500mV时,经过第一级零点偏移电路修正后零点偏移由500mV下降为143.5mV;经过第二级零点偏移修正后零点偏移降为1.9mV,实现了传感器零点偏移的修正。最后本文对接口电路进行了版图设计并流片,经测试得出接口电路的功耗为4.62mW,修正精度为4mV,修正偏移电压范围为0~500mV,满足了设计要求。
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