四阶Sigma-Delta微加速度计系统设计与分析-哈尔滨工业大学学报.PDF

第４３卷　第７期 哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报 Ｖｏｌ４３ Ｎｏ７ 　 　 ２０１１年７月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊｕｌｙ．２０１１ 　　　　　　 四阶ＳｉｇｍａＤｅｌｔａ微加速度计系统设计与分析 １，２ １，３ １ １ 刘晓为 ，刘云涛 ，姜一鸣 ，尹　亮 （１．哈尔滨工业大学ＭＥＭＳ中心，１５００８０哈尔滨，ｓｕｍｍｅｒ９２４＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ；２．哈尔滨工业大学 微系统与微结构教育部重点实验室，１５００８０哈尔滨；｀３．哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院，１５０００１哈尔滨） 摘　要：为了降低ＳｉｇｍａＤｅｌｔａ（ ）微机械加速度计量化噪声，提高系统分辨率，完成了一种单环四阶 微 ΣΔ ΣΔ 加速度计的分析与设计，建立了系统的线性模型，并在此基础上，采用根轨迹法分析了系统稳定性．理论分析 表明所建立的四阶 微加速度计系统在噪声特性、死区、空闲音方面都具有优良的特性．在系统级的分析 ΣΔ 与讨论基础上，实现了传感器接口电路晶体管级的设计，该电路采用０５ ｍ２层多晶２层金属ＣＭＯＳ工艺 μ １／２ 流片，系统测试结果表明该加速度计灵敏度为１２Ｖ／ｇ，非线性度为０２％，开环噪声密度１２ ｇ／Ｈｚ ，闭环 μ １／２ 噪声密度８０ ｇ／Ｈｚ ，整体功耗为４０ｍＷ． μ 关键词：微加速度计；ＳｉｇｍａＤｅｌｔａ；系统级；稳定性 中图分类号：ＴＰ８２４ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７－６２３４（２０１１）０７－００３８－０４ Ｓｙｓｔｅｍｌｅｖｅｌｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｙｓｉｓｏｆｆｏｕｒｔｈｏｒｄｅｒｓｉｇｍａｄｅｌｔａ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ １，２ １，３ １ １ ＬＩＵＸｉａｏｗｅｉ ，ＬＩＵＹｕｎｔａｏ ，ＪＩＡＮＧＹｉｍｉｎｇ，ＹＩＮＬｉａｎｇ （１．ＭＥＭＳｃｅｎｔｅｒ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１５００８０Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ，ｓｕｍｍｅｒ９２４＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏ ＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＭｉｃｒｏＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１５００８０Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ； ３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１５０００１Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｙｓｔｅｍｌｅｖｅｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆａｓｉｎｇｌｅｌｏｏｐｆｏｕｒｔｈｏｒｄｅｒｓｉｇｍａｄｅｌｔａ（ ）ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｉｓ