MEMS高线性电容式压力传感器检测电路的设计与优化

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chengrui12345
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来随着MEMS传感器技术的飞跃和进步,微电容传感器在工艺上实现了易于集成化、功能多样化以及更加微型化。使得包括微型加速度计、微型温度传感器、微型压力传感器、医学传感器、生物传感器等得到广泛应用。其中,基于MEMS技术的电容式压力传感器具有高稳定性和高灵敏度,其结构简单坚固,能实现良好的线性度。项目组基于MEMS技术设计研制了一种新型高线性电容式压力传感器,可实现良好的线性度和灵敏度。微电容式压力传感器在微机电系统中起着检测和转变各种非电量信号的作用,它必须具有良好的稳定性和灵敏度。其中检测得来的非电量信号在转化成微电量信号后,其微电量信号的读取成为了重要环节。因此微电容传感器接口电路的设计具有十分重要的实际应用的意义,也是整个微机电系统的重点之一。本文详细介绍了用于微电容检测的五种方法,并比较了它们的优缺点,根据采集信号的准确性和抗干扰性选择了采用开关电容法和电容-频率转化电路两种方法,作为上述新型高线性电容式压力传感器接口电路的形式。在开关电容法中,采用差频输入方式,提高输出电压的线性度;同时采用斩波稳定技术设计了微电容读出电路,降低了电路功耗,提高噪声性能。并对斩波电路的各个模块进行了电路级别仿真验证,用Candence Spectre对整体电路验证得到精确到aF级的微电容。仿真结果显示输出电压和电容量均保持良好的线性度,在5V的电源电压下实现低功耗,约为2.232mW,失调电压仅为0.22mV,灵敏度达到0.58mV/aF。在功耗性能上较其他MEMS传感器的研究得到提高。在电容-频率转化法中,提出了差频电路消除共模干扰,由于参考频率和传感器输出的信号频率具有相同的工艺性能和温度性能,因此两频率之差可最大程度的消除共模干扰。通过Candence仿真验证,输出方波占空比达到50%。在原有的六管Schmitt触发器基础上,设计了改进型的Schmitt触发器,减少输入端口寄生电容的同时,使得阈值电平的调整更加方便。在自偏置恒流源的设计上,提出了三支路负反馈系统的基准电流源。最后为提高接口电路的灵敏度,设计了并联一个负电容至传感器敏感电容,并通过仿真验证可行,设计灵敏度达到25HZ/fF。本文采用了课题组设计的高线性硅基压力传感器,作为接触式压力传感器的创新形式,必须研发与之匹配的检测电路系统。采用斩波稳定技术读出电路设计和电容---频率转化电路设计,相较于同类读出电路都具有较高的灵敏度可相对简单的电路形式。论文中研究工作,不仅满足了新型MEMS传感器对性能的要求,对于微电容检测电路的研究和发展提供了有益的参考和价值。
其他文献
<正>有一种观点认为,由于房地产是中国的支柱产业,所以政府不会舍弃GDP增长而压制房地产发展,这个论断似是而非。首先,"信用扩张所带来的繁荣最后一旦崩溃,危机是没有任何手
<正>乾隆内府的书画收藏因为鉴定失准,错判真假,受到当代学者诟病。其中最为有名的就是乾隆误以为黄公望《富春山居图》子明卷为真迹而无用师卷(图1)为赝品的案例。2015年9月
简要介绍了阿魏酸的结构和性质,重点对其制备和在食品工业中的应用进行了综述,最后探讨了其存在的问题并展望了其应用前景。
<正>日前,经评选,湖北省人民政府决定,授予《湖北印象》等31种优秀出版物、刘兴榜等10名优秀出版人物"第二届湖北出版政府奖"。作为《财会月刊》杂志社社长、总编辑,刘兴榜同
<正>小文的镇子我的朋友小文所居住的那个镇子如今已不复存在了,或者说,作为一个镇子的建制,它还在;可对于这个镇子曾经的繁荣,却只能去那些已经老眼昏花的风烛残年的老人耳
期刊
目的:探讨阴道分泌物清洁度与阴道炎中线索细胞、霉菌和滴虫的关系。方法:运用超高倍显微分析仪对1742例妇女阴道分泌进行湿片镜检,观察有无线索细胞、霉菌及滴虫。结果:线索
<正>一个国际一流的现代化大都市的基本标准是多方面的,如强大的经济实力,稳固的经济中心的地位,特色鲜明的文化底蕴等。但无论如何,这个城市还必须拥有一流的市容和环境质量
托马斯·莫尔的《乌托邦》是文艺复兴的文学经典,霍宾的《外交家》被公认为同时期的经典油画。两者的历史渊源得到新历史主义批评家的理论关注。本文从文本与视觉层面比较两
旨在保护和传承欧洲语言和文化的多样性、培养公民多语言能力的欧盟的语言政策,已经成为欧盟相关政策的主流。欧盟语言政策调动了欧盟层面、成员国层面、企业层面、地方层面