电容式微加速度计敏感元件中非理想因素的检测与研究

摘要

微加速度计的应用已经渗透到日常生活中的方方面面，大到航天、汽车、工业设备，小到手机、游戏机中都能看到它的身影。叉指式微加速度计具有体积小、成本低、线性度好等优点，是新兴传感器中的代表。随着MEMS技术的不断发展微加速度计的性能也在不断提高但仍存在许多不足之处，为了满足航天航空等高端领域的应用要求，需要不断的提高传感器的精度和稳定性。如何提高加速度计的分辨率、灵敏度以及抑制零偏和漂移成为了微加速度计研究中的重点。
　　在理想情况下叉指式微加速度计被等效为一对初值相等的差分电容，它们的电容差与输入的加速度线性相关。但是在设计和加工的过程中由于结构、工艺以及封装的影响会导致一些非理想因素的产生，如有效梳齿电容失配、寄生电容、接触电阻以及电容漏电等，它们的存在会对系统的噪声和零偏等关键性能产生不可忽略的影响。因此，有必要对微加速度计中的各非理想因素进行研究分析。论文主要研究成果包括：
　　1.分析了叉指电容式微加速度计的检测原理并设计了相应的高性能开环检测电路，为研究微加速度计系统中非理想因素的具体影响形式和影响程度提供了电路模型基础。
　　2.根据电路模型，理论分析了微加速度计敏感元件中各非理想因素产生的原因以及它们对系统的具体影响形式，为研究提供了理论基础。
　　3.针对不同的非理想因素设计了不同的检测方法，实现了各非理想因素的精确检测，为精确量化各非理想因素的影响以及微加速度计的优化研究提供了数据基础。
　　4.根据实验数据建立了精确的微加速度计表芯等效电气模型，根据实际的模型参数计算分析了各非理想因素度对开环微加速度计系统噪声性能、零偏性能的影响，并进行了初步的噪声和零偏测试。最后文中还提出了相应的优化目标和优化方案。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

第二章 微加速度计工作原理分析及检测电路设计

2.1 叉指式微加速度计工作原理分析

2.2 微加速度计检测电路设计

2.3 微加速度计样机测试

2.4 本章小结

第三章 加速度敏感元件中的非理想因素分析

3.1 有效电容失配与寄生电容分析

3.2 硅-金接触电阻分析

3.3 电容漏电流分析

3.4 本章小结

第四章 加速度敏感元件中的非理想因素检测

4.1 微加速度计有效电容与寄生电容检测

4.2微加速度计接触电阻与结构体电阻检测

4.3 微加速度计绝缘电阻与漏电流检测

4.4 本章小结

第五章 微加速度计的等效电气模型及优化设计

5.1 微加速度计等效建模与性能测试

5.2 微加速度计部分性能优化

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果

附录：