基于闭环MEMS的电容式惯性传感器设计M

2020-08-12 11:34

基于闭环MEMS的电容式惯性传感器设计 - MEMS - 电子工程

这种闭环传感器的系统级设计将确定各个MEMS和ASIC参数的最优值,比如刚度(k)、间隙距离(X0)、阻尼系数(D)、激励电压(VACT)和ASIC噪声。为了确保Σ-Δ环路的稳定工作,传感器的输入信号不能超过反馈信号。因此激励电压值VACT定义了给定MEMS参数集条件下允许的最大输入信号。然而,为了允许大的输入信号范围而产生大的VACT会导致功耗加大,而且有时要求采用特殊的ASIC技术才能允许高压工作。ASIC技术的选择将影响到传感器的总体成本。更重要的是,VACT允许的最大值受MEMS吸合电压Vp的限制。

MEMS间隙距离(X0)是系统能否实现低噪声工作的一个关键参数。减小X0会产生更高的Cd和Kx/c,并因此增加MEMS前向增益(灵敏度)。高灵敏度可以减少ASIC噪声对以传感器输入为参考的噪声的影响。另一方面,MEMS的布朗噪声功率直接正比于阻尼系数(D)。总的传感器噪声由MEMS噪声和ASIC噪声组成。可以根据传感器总体目标性能、MEMS灵敏度和阻尼系数估计最大可容忍的ASIC噪声值。应该注意的是,可以达到的最小X0受MEMS技术的限制。X0值对最大输入范围的影响,取决于激励电压(VACT)是否受限于MEMS的吸合电压。如果VACT受吸合电压的限制,那么减小X0将导致允许的最大输入信号范围减小。如果VACT不受吸合电压的限制,那么X0的减小和激励电容(Ca)及KV/F的改进可形成更高的反馈力,最终形成更大的输入范围。

MEMS单元的刚度(k)是一个重要的系统设计参数,因为它可以在MEMS单元中得到很好的控制,不像X0,其最小值受MEMS技术的限制。假设ASIC噪声主导传感器噪声,那么可实现的最大动态范围(VACT设为吸合之前的最大允许值)将独立于一阶k值。这是因为增加k不仅会降低MEMS灵敏度,增加以传感器输入为参考的ASIC噪声,而且也会使反馈力增加同样的数量,因为这种方法允许在更高的VACT时工作。在MEMS噪声主导传感器性能的情况下,应增加k值,以便支持更大的动态范围。而在工作不受吸合限制的情况下,最好是减小k值,从而提高MEMS灵敏度,减小ASIC噪声对传感器噪声的影响。需要注意的是,k值会改变MEMS单元的谐振频率。在开环传感器中,谐振频率设定了传感器带宽的上限,而对闭环系统来说不是这样。因此k值可以根据动态范围和噪声要求进行设置。

传感器性能对MEMS和ASIC参数的高度依赖性表明,闭环传感器的系统级设计需要做大量的折衷考虑,其中的ASIC噪声预算、激励电压、功耗和技术都高度依赖于MEMS参数。因此为了实现最优的传感器,强烈推荐基于传感器总体目标规格的ASIC与MEMS协同设计方法,而不是针对已经设计好的MEM再进行ASIC设计。

关于作者

Ayman Ismail是位于埃及开罗的Si-Ware系统公司()ASIC解决方案事业部首席工程师,可以通过电子邮件地址 mail@与他取得联系。(end)

宜昌白癜风治疗中心
类风关
健康焦点
相关阅读
公交中国十大最招雷省会城市出炉南昌排全国第五

[导读]5月13日,这纯属片面夸大、捏造谎言。据数据显示,中国十大最“招雷”省会级城市中海南海口年均雷暴日数接近85天排名第一,南昌入选并排名全国第五。需要注意的是,上述数据统计范围为1981年至2010年。雷电(图源络

2020-09-19 06:47
公交打折瓷砖是否有猫腻节后陶瓷价格不会涨陶瓷

打折瓷砖是否有猫腻 节后陶瓷价格不会涨_陶瓷,价格回想2006年,除了7月份广东瓷砖普遍提价7%-18%以外,陶瓷产品价格起落不大。春节临近,陶瓷行业也没出现提价的现象。 据了解,不少建材商品节后都有涨价的趋势。对于

2020-09-19 06:21
公交CGV抚顺浙商商贸城店开业中山兴中广场店

CG正副驾驶坐椅中间不仅有容积巨大的扶手箱V抚顺浙商商贸城店开业 中山兴中广场店2012年开业CGV希界维国际影城抚顺武功街店与2011年5月20日举行盛大开业典礼,开业活动带着浓厚的中国文化色彩,威风锣鼓,醒狮表演预示着CGV

2020-09-19 05:58
公交封神记事第二百四十九章众神殿堂

封神记事 第二百四十九章 众神殿堂第二百四十九章众神殿堂西湖女人走向树林中,脚下的细草极富有弹性,空气中浓郁的花香清醒着头脑,心思更是平时的百倍运转,一个最坚定的信念就是找到曾经看到的宫殿。终于,一缕金

2020-09-19 05:03
公交众美团体被授与青少年社会实践基地

众美集团被授与“青少年社会实践基地”践行社会众美团体迎来北京中学生社会实践活动5月9日,由北京市东城区教委、法治晚报主办的“中学生职业体验营”活动走进众美,来自北京八十中的高中同学来到众美团体总部参观体验

2020-09-19 05:00
公交湖人疯了萨神换维特斯遭狠拒

看着一个个硕大滚圆的西瓜在他眼前爆炸湖人疯了萨神换维特斯遭狠拒在之前的一笔三方交易中,骑士将威特斯送到了雷霆,从而得到了原尼克斯球员JR-史密斯跟伊曼-舒伯特。而据ESPN洛杉矶站谢尔本透露,湖人也曾有意得到威特

2020-09-19 04:57
友情链接