硅微振梁式加速度计的温度检测及闭环控制

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52.0 μg,标度因子稳定性为16.0×10-6,分辨率为34.9 μg.这些结果验证了本文理论的可行性.