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MEMS加速度传感器及其调理电路测试技术研究

张寒  
【摘要】:MEMS(Micro-electro-mechanical Systems,微机电系统)加速度传感器是新一代地震检波器的核心部件,它主要由MEMS传感器件、ASIC(Application SpecifiedIntegrated Circuits,专用集成电路)读出电路等组成,可实现高灵敏度的地震波检测。本文依托国家科技重大专项,围绕“十二五”专项专题里的研究任务,对MEMS加速度传感器及其读出电路ASIC的测试技术进行了研究。主要研究工作和成果如下: (1) MEMS加速度传感器的重力场标定:以二阶非线性系数最小为标准对MEMS加速度传感器进行了重力场标定,并测试了加速度传感器的静态偏差、灵敏度和灵敏度温度系数。 (2) MEMS加速度传感器系统噪声测试:分别测试了模拟闭环加速度传感器和数字闭环加速度传感器的系统噪声,测试模拟闭环加速度传感器系统噪声时采用放大噪声的方法提高了测试的准确性。 (3) MEMS加速度传感器参考电压噪声测试及改进:分析了数字加速度传感器的噪声源,用计算和仿真的方法证实MEMS器件的布朗噪声和量化噪声不是主要噪声源。提出了测试极低电压噪声的方案,并对ASIC中的参考电压进行了噪声测试。用滤波的方法降低了参考电压噪声,并进行系统噪声测试,从而证实了参考电压噪声是数字加速度传感器的主要噪声源之一。 (4)环路滤波器参数测试:提出了环路滤波器系数的测试方法,对比例微分器(PD)和积分器进行了测试。 本文研究的结果对MEMS加速度传感器中ASIC的设计改进提供了重要依据,保证了重大专项项目的顺利实施。


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