微機(jī)械慣性傳感器檢測平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用-文庫吧
2025-06-22 14:09 本頁面
【正文】 要求電容測量分辨率達(dá)到（10 15）～(110 18)法拉。因此，對于微機(jī)械加速度計(jì)和向機(jī)械陀螺儀來說，檢測試驗(yàn)質(zhì)量和基片之間的電容變化是一個關(guān)鍵技術(shù)。目前在MMG中采用的微電容檢測方案有三種：開關(guān)電容前在MMG中采用的微電容檢測方案有三種：開關(guān)電容電路、單位增益放大電路和電荷放大電路。 開關(guān)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(zhuǎn)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(guān)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(fù)，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(zhuǎn)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(jī)械加速度計(jì)）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(dāng)載波頻率在放大器的通頻帶以內(nèi)時，前置級輸入電阻可忽略不計(jì)。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(biāo)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(yùn)算放大器。其中Cp表示分布電容，Cf為標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)選取Rf，使時間常數(shù)RfCf遠(yuǎn)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(luò)，替代大阻值電阻。若運(yùn)算放大器具有足夠的開環(huán)增益，
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