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但由于负载电容变小

时间:2018-12-17 22:51 来源:未知 作者:admin

  该加快度计接口电路原型芯片采用0.35 μm尺度CMOS工艺进行流片验证,如图4所示。芯片尺寸约为3.5 mm×4 mm,采用5 V电压供电,操纵硅铝丝毗连机械敏感布局和芯片,避免了金属毗连线导致的较大寄生电容带来的影响。为了实现较大的信号带宽,系统采样频次设想为300 kHz,芯片全体功耗25 mW,次要功耗集中于前级电荷放大器、积分器电路以及多位量化电路。

  布局,对寄生不敏感,功耗也比力低。第一级积分器的反馈通路开关kN、KP由数据加权平均DWA(Data Weigh

  式微机械加快度计在惯性导航、GPS定位、石油勘察等范畴获得了普遍的使用[1-3]。在高精度sigma-delta(ΣΔ)加快度计系统中,机械表头的精度曾经能够做到2 μg以下,往往系统的机能受后级接口电路的限制。为了提高后级接口电路的精度,往往通过提高系统的阶数来抑止量化噪声,例如文献[7]报道了一种五阶ΣΔ加快度计系统,通过在二阶的敏感布局后级联一个三阶调制器来实现量化噪声的高阶整形。文献[8]也引见了一种高阶闭环系统,通过引入多级积分器提高全体的噪声整形能力。关于噪声的文献然而高阶系统会带来不变性问题,给系统设想带来不小的难度。为了在包管噪声整形能力的根本上处理系统的不变性问题,能够自创高精度调制器的设想方式,通过多位量化的方式来减小后级积分器的个数,如许既能包管系统的噪声整形能力,又能降低系统的不变性风险。

  多位量化手艺虽然可以或许提高整形能力,改善后级接口电路的线性度,但同时对敏感布局的静电力反馈线性度提出了高要求。因而需要对系统的静电力反馈进行线性化处置,来包管多位量化手艺可以或许成功地使用于非线性的微机械加快度计系统中。本文使用了一种静电力反馈线性化电路,提出了一种四阶多位量化微机械加快度计系统,降低了系统设想时对不变性的要求,也提高了系统的线为本文提出的一种多位量化微机械加快度计系统,此中Kx/V为微机械加快度计敏感布局质量块位移到电压的增益,KV/a是静电力反馈因子,暗示反馈电压到等效反馈加快度的增益因子,a1、a2和a3是前馈因子,fb是局部反馈因子,k1和k2是积分器增益缩放比例因子。为了提高系统不变性,引入后置相位弥补器HC(z)来供给相位弥补。颠末Simulink仿线,fb是0.2,后置相位弥补器弥补因子为0.8。

  的积分电容,d0为敏感布局检测梳齿间距,C0为敏感布局静态电容,Vr为参考电压(一般为电源电压的一半),m为质量块质量,Vfb为反馈电压。

  中进行262 144个点的FFT成果如图5所示。从频谱图中能够看出系统噪底程度均值低于-120 dB/√Hz,按照系统的活络度0.63 V/g,计较出等效输入加快度噪声约为4 μg/√Hz。受限于电源电压和系统活络度,该系统的量程约为±3 g。从图5中的频谱能够看出,系统量化输出的二次谐波较大,达到了-97.46 dB,而三次谐波较小,几乎覆没在噪底之中。由此能够看出,采用多位量化和静电反馈力线性化手艺后系统的非线性大大降低,提拔了全体的机能。输出成果中较大的二次谐波可能是因为邦畿的对称性欠好以及

  2   电路实现图2是差分电荷放大器的前级电路,包含敏感放大部门和采样连结电路,参考电容CR和敏感元件等效电容CS构成一个全桥均衡布局,等效电容值20 pF。敏感放大部门的积分电容为10 pF,更小的积分电容可以或许增大环路增益,减小等效输入噪声,可是会降低环路的不变性。因为加快度导致质量块的位移惹起电荷的变化,通过敏感放大器部门进行放大,同时相关双采样电路可以或许消弭低频的噪声和运放失调[9]。敏感放大部门的运放是一个全差分单级折叠共源共栅布局,电路简单,易于实现。运放直流增益75 dB,带宽15 MHz。共模反馈采用开关电容布局,减小系统的功耗。后级积分器也采用雷同的运放布局,但因为负载电容变小,所以能够降低运放的功耗。

  本文设想了一款四阶多位量化微机械加快度计接口电路,全体电路颠末了流片尝试验证。全体功耗25 mW,等效输入加快度噪声约为4 μg/√Hz,量程约为±3 g。采用多位量化和静电反馈力线性化手艺降低了系统的非线性,提拔了微机械加快度计的全体机能。从测试成果来看,能够通过改善邦畿的对称性和全桥均衡电路的婚配性来进一步提高机能。

  d Averaging)模块的输出节制。本文的DWA手艺是操纵轮回选择静电力反馈单位的道理来实现每个反馈电容被选择到的平均次数不异,关于噪声的文献进而对反馈转换过程中的非线]。DWA手艺可以或许无效降低工艺误差带来的电容失配所惹起的非线性问题,提高系统的机能。多位量化可以或许降低量化噪声,所以无需采用更高阶的噪声整形布局,减小不变性问题。可是微机械加快度计长短线性系统,由于静电反馈力是关于微机械布局中极板间距的非线性函数。因而为了可以或许无效地在微机械加快度计系统中操纵多位量化手艺,使用静电力反馈线(c)的电路布局,这在必然程度上也添加了系统的复杂度和功耗。图3(b)、图3(c)中

  LF298和LFx98x器件是单片采样连结电路,采用BI-FET手艺,通过快速采集信号和低下垂获得超高直​​流精度率。作为单元增益跟从器工作,DC增益精度典型值为0.002%,采集时间低至6μs至0.01%。双极性输入级用于实现低失调电压和宽带宽。输入失调调整由单个引脚完成,不会降低输入失调漂移。宽带宽答应LF198-N包含在1-MHz运算放大器的反馈环路内,而不会呈现不变性问题。 10 10 Ω的输入阻抗答应利用高源阻抗而不会降低精度。 P沟道结FET与输出放大器中的双极器件相连系,以供给下垂率利用1μF连结电容,低至5 mV /min。 JFET的噪声比以前设想中利用的MOS器件低得多,而且不会呈现高温不不变性。全体设想确保在连结模式下输入到输出都没有馈通,即便输入信号等于电源电压也是如斯。 LF198-N上的逻辑输入是全差分,输入电流低,答应间接输入毗连到TTL,PMOS和CMOS。差分阈值为1.4 V.LF198-N将采用±5 V至±18 V电源供电。 A型可供给更严酷的电气规格。 特征 采用±5 V至±18 V电源供电 采集时间小于10-μs 逻辑输入兼容TTL,PMOS,CMOS 0.5 mV典型连结步长,Ch =0.01μF 低输入偏移 0...

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