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第22卷第6期2014年6月
光学精密工程
OpticsandPrecisionEngineering
Vol.22No.6Jun.2014
文章编号1004-924X(2014)06-1590-08
硅微振梁式加速度计的温度检测及闭环控制
王帆，董景新*,赵淑明
(清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084)
摘要：为实现硅微振梁式加速度计系统芯片级温度测量及系统闭环，本文针对系统的非惯性结构部分提出了微机电系统(MEMS)结构温度的芯片级测量和闭环控制优化方法。与以温控罩的温度作为参考温度的方法不同，该方法提出了供芯片级温度测量的MEMS结构、工艺及配套电路，通过直接测量MEMS结构的温度完成实时补偿，从而提高了测量精度。该方法在闭环控制的前置电路中应用了二极管电容解调电路，与前期使用的跨阻或者跨导方案相比，对器件的要求从pA级降至nA级。运用时域方法求得二极管电路方案的解析解，提出参数优化设计方法，保证了电容测量输入与输
出间的线性关系。最后，采用二阶最优模型对闭环控制的后置电路进行参数优化，控制了上电时间。配合硅微振梁式加速度计原理样机进行了实验。实验结果表明，温度补偿后的零偏稳定性为52.0μg,标度因子稳定性为16.0×10-?,分辨率为34.9μg。这些结果验证了本文理论的可行性。
关键词：硅微振梁式加速度计；温度测量；电容测量；闭环控制。
中图分类号：TH824.4文献标识码：Adoi:10.3788/OPE1590
Temperaturemeasurementandclose-loopcontrolofsiliconresonantaccelerometer
WANGFan,DONGJing-xin*,ZHAOShu-ming
(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstruments,
DepartmentofPrecisionInstrument,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)
*Correspondingauthor,E-mail:dongjx@
Abstract:Tomeasurethechip-leveltemperatureandtoachieveclose-loopcontrolforaMicro-Electro-Mechanical(MEMS)resonantaccelerometersystem,thispaperinvestigatesnon-inertialpartsofthesystem,proposesamethodtomeasurethetemperatureoftheMEMSstructureandoptimizesthepa-rametersintheclose-loopcontrol.Differentfromthetraditionalmethodthatusingatemperaturefromatemperaturecontrolcoverastheconference,thispaperproposesdesignmethodsofMEMSstruc-tures,processingtechnologyandcircuits,andachievesthetemperaturecompensationbymeasuringtheMEMSstructuretemperaturedirectlytoimprovethetemperaturemeasuringaccuracy.Further-more,adiodepre-circuitisappliedtodetectionofthevariationofthetinycapacityinsteadofthetran-simpedanceamplifierandtranscon
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