微機械慣性傳感器檢測平臺的設計與應用-文庫吧
2025-01-01 13:37 本頁面
【正文】 。由于陀螺儀的尺寸微小，為了得到10176。/h的中等精度，要求電容測量分辨率達到（10 15）～(110 18)法拉。因此，對于微機械加速度計和向機械陀螺儀來說，檢測試驗質量和基片之間的電容變化是一個關鍵技術。目前在MMG中采用的微電容檢測方案有三種：開關電容前在MMG中采用的微電容檢測方案有三種：開關電容電路、單位增益放大電路和電荷放大電路。 開關電容電路其基本原理是利用電容的充放電將未知電容變化轉換為電壓輸出。該測量電路包括一個電荷放大器、一個采樣保持電路以及控制開關的時序，如圖2所示。 在測量過程中，先將未知電容（CC2）充電至已知電壓Vref，然后讓其放電。充、放電過程由一定時序控制，不斷重復，使未知電容總處于動態(tài)的充放電過程。CC2連續(xù)地放電，電流脈沖經(jīng)過電荷放大器轉換為電壓。再經(jīng)過采樣保持器，得到輸出Vc。將公式ΔC=2C0x/d0代入，可得電容檢測電路的傳遞函數(shù)為：Vc/x=[2VrefC0/Cfd0] 單位增益放大器電路（5g的微機械加速度計）采用了單位增益放大電路。圖3是單位增益放大器的等效電路。圖3中，Cp為分布電容，Cgs為前置級輸入電容，Rgs為輸入電阻。當載波頻率在放大器的通頻帶以內時，前置級輸入電阻可忽略不計。由圖3可午，前置級有用信號輸出為：（VsVout）jω（C0+ΔC）+(VsVout)jω（C0ΔC）=Voutjω(Cp+Cgs)+Vout/Rgs∵ Rgs→∞∴Vout=(2ΔC/2C0+Cp+Cgs)Vs分布電容Cp約為10pF，輸入電容Cgs約為1～10pF，一般都大于傳感器標稱電容C0(1pF左右)?？梢钥闯?，它們的存在都極大地降低了電容檢測靈敏度。要提高電路靈敏度，就必須消除Cp、Cgs的影響，通常采用的措施等電位屏蔽。 電荷放大器電路電荷放大器電路如圖4所示。它采用具有低輸入阻抗的反相輸入運算放大器。其中Cp表示分布電容，Cf為標準反饋電容，Rf用來為放大器提供直流通道，保持電路正常工作。應選取Rf，使時間常數(shù)RfCf遠大于載波周期，以避免輸出波形畸變。但Rf過大為今后電路集成帶來不便。可以使用小阻值的電阻組成T型網(wǎng)絡，替代大
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