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硅微谐振式加速度计是一种高精度MEMS传感器,它可以将输入加速度信号直接转化成频率信号。本文依托实验室自主研制的硅微谐振式加速度计原理样机,分析其工作原理并对电路作出改进,将提高原理样机的整体性能作为本课题的任务和目标。主要研究内容包括以下几个方面:(1)对硅微谐振式加速度计的基本理论进行分析,建立其动力学模型,并对加速度计结构的静电驱动工作方式进行了分析。探讨了闭环控制电路中的锁相环相位控制原理和环路起振原理,推导了自动增益控制回路的传递函数。(2)根据原理样机的静电驱动方式,对信号单边检测和双边检测进行分析和对比,针对检测信号微弱和存在耦合电容影响等问题,确定了双边信号检测的可行性。同时设计了合理的接口电路来提取振动位移信号,对接口检测电路做分析和优化,并通过实验验证了合理性。(3)根据稳压电源的原理比较了开关稳压原理和线性稳压原理,确定了二次电源的基本方案;根据测控电路的要求对电源芯片进行选型并设计电源电路,分析了电源对测控电路的干扰;针对直流稳压电源中存在的纹波和电流浪涌,用Multisim设计前置滤波电路和后置滤波电路并进行了MATLAB仿真,并进行了实验验证。(4)对目前加速度计原理样机中存在的机械热噪声和电噪声进行分析,建立元器件的基本噪声模型,在此基础上建立了接口电路的噪声模型并对其进行了分析;对锁相环回路中各模块存在的相位噪声进行分析并建立了锁相环噪声传输模型。(5)将本文对测控电路的改进应用到实验室研制的原理样机中,按照国内《振梁式加速度计测试细则》的测试条件,对改进后的硅微谐振式加速度计原理样机进行整表性能测试,测试结果如下:偏值重复性从20.95μg提高到了 16.08μg;偏值稳定性从34.26μg提高到了17.92μg;1g稳定性从41.46μg提高到了16.83μg;标度因数稳定性从35.33 ppm提高到了 15.29ppm;标度因数重复性从52.76ppm提高到了 39.43ppm;在±20g的量程范围内其正向和反向标度因数非线性分别为681.97ppm和629.79ppm;同时改进后的温度性能也优于改进前的温度性能。