MEMS_CAD_高量程加速度传感器的设计与仿真

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SiC高温高量程MEMS加速度传感器的仿真与分析

SiC高温高量程MEMS加速度传感器的仿真与分析陈艳香;石云波;智丹;杨志才;冯恒振【摘要】Properties of material greatly influence the performance parameters of accelerators. As a new type of semiconductor materials,SiC has excellent mechanical properties and temperature characteristic,being applicable to high-temperature and high-g accelerator. This paper put forward a design scheme for high-temperature and high-g accelerator based on SiC. The structure and size of accelerator were designed by referring to mechanics theory knowledge of cantilever beam,and characteristics of sensitive structure were analyzed by Modalanalysis,statics analysis and thermal analysis on ANSYS. Simulation results show that SiC performs better than Si in high temperature and high overload conditions,which provides reliable theory basis for the research of high-temperature and high-g accelerometer.%加速度传感器材料的特性对传感器的性能影响很大,SiC作为新一代半导体材料具有优良的力学温度特性,适用于高温、高过载加速度传感器.基于SiC提出了一种可用于高温、高过载环境的加速度传感器设计方案.根据悬臂梁的相关力学理论知识,对传感器结构、尺寸进行了设计,并利用ANSYS有限元仿真软件对SiC材料传感器敏感结构进行模态分析、静力学分析、热分析.仿真结果表明,6H-SiC材料表现出了比Si材料更优异的抗高温、抗过载特性,为应用于高量程、高温环境下的加速度传感器研究提供了可靠的理论基础.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2015(028)010【总页数】5页(P1471-1475)【关键词】高量程加速度计;SiC;高温;抗过载;Ansys【作者】陈艳香;石云波;智丹;杨志才;冯恒振【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP212高量程MEMS加速度计目前主要应用于军事和航空航天领域，随着近年来侵彻武器的发展和对爆炸冲击作用研究的深入，对高量程加速度计的量程、可靠性等方面提出了更高的要求。

基于MEMS加速度微传感器制作工艺及测试

（２）硅晶片制作传感器的硼硅膜，同时又制作质量块。先在硅片的两面氧化出５—６ /ｍ的氧化层，利用Ｃａｒｓｕｓｓ光刻机双面光刻相应的图形，该图形是为了得到质量块而设计的削角补偿图，为了得到４００ 0ｍ×４００ 1ｍ×３００ 2ｍ的质量块，需补偿８００ 3ｍ×８００ 4ｍ×３００ 5ｍ的质量块，如图２（ｂ）俯视图所示。然后在ＴＭＡＨ（四甲基氢氧化氨水）溶液里，水浴９０ ! ，腐蚀１ｍｉｎ左右，就可得到０．２ 6ｍ的沟槽的形状。扩散源选用固态硼源，在１１２５ ! 下大约扩散１２０ｍｉｎ，结深约为２ 7ｍ，硼扩后硅晶片的薄层电阻约为１．５ 8／ □ 。并用ＢＨＦ液（ＮＨ４Ｆ：ＨＦ：ＤＩ＝３４．６％：６．８％：５８．６％）除去硅片硼扩面的硼硅玻璃，而另一面用ＢＰ－２１２光刻胶保护其氧化层。有氧化层面再次套刻，把图形外的氧化层用ＢＨＦ液腐蚀掉。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＥＭＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ；ｔｅｓｔｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ
０引言
随着微机电系统（ＭＥＭＳ）的发展，各种基于ＭＥＭＳ技术的器件应运而生，如压力传感器、加速度传感器、光开关等。它们体积小，质量轻，成本低，功耗低，可靠性强，易于智能化、数字化等优点得到广泛应用。加速度传感器是微传感器中发展较早的一种，目前研究比较成熟的有硅微电容式、硅微热电耦式、硅微谐振式等加速度传感器，国外已出现了光波导加速度传感器［１］。本文研究的硅微电容式微加速度传感器是在硅微电容式压力传感器［２］的基础上设计出来的，工艺条件成熟、工艺过
更加抽象，更多地使用了形式化、符号化的语言而且课堂的知识点较多容量大，不大可能在讲授概念之后列举同类型的大量例题让学生模仿练习。因此在学生数学基础比较差的情况下，很有必要对学生进行学法指导。定期开设一些讲座，指导学生预习、复习、听课、记笔记、阶段性小结、解题后反思和回顾等，并提出具体的要求。同时制定较为

一种MEMS加速度计仿真

一种MEMS加速度计仿真作者：曹延磊来源：《工业设计》2015年第12期摘要：针对采用Post CMOS工艺设计的MEMS 加速度计的结构进行仿真计算，最终得到：MEMS加速度计的质量块质量大小为2.53ug，感应方向的弹簧系统的弹性常数为2.1N/m，敏感方向上的自然谐振频率4600Hz，等效加速速度布朗噪声值58，机械灵敏度3.46fF/G。

在200mv交流电压供给下，加速度计的电压输出灵敏度达到1.67mV/G。

关键词：MEMS；加速度计；仿真1 MEMS加速度计的仿真1.1 质量块可移动部分主要有质量块和可移动电极构成。

仿真得到质量数据m= 2.53ug。

1.2 弹簧系统弹性常数加速度计的弹性常数影响了加速度计的多数性能指标，在进行模态分析之前先对弹簧系统的弹性常数进行模拟。

边界条件不同的仿真软件有不同的设定方式，例如可以指定特定方向的加速度，或者指定域的力密度。

表1 弹性常数仿真文献中指出典型的商用集成加速度计的普遍指标是：m=1μg，k=2N/m， fr=7.1kHz。

当外界加速度为1G时，检测质量块有4.9纳米的位移。

为了达到1mg的检测分辨率必须检测质量块0.0049nm的位移。

本文的加速度计m=2.53μg，k=2.1N/m。

当外界加速度为1G时，检测质量块有12.纳米的位移。

为了达到1mG的检测分辨率，检测质量块有0.012nm的位移。

因此从静态仿真的结果来看，本例的加速度计基本满足要求。

在结构设计时，为了保留设计余量的值为0.97μm。

如果在感应方向上形成0.97μm的位移。

根据（1）外界需要提供的加速度为805m/s²。

由静态加速度估算的量程为±80G，由于感应电极被氧化层包围的特殊结构，加速度计不用引入防止可移动电极和固定电极粘附的限位器。

1.3 阻尼系数加速度计应该工作在合适的阻尼状态，从而可以使加速度计的响应状态确定。

如果系统是欠阻尼的（例如，真空封装时），加速度计要经过较长时间达到稳定输出。

第4章MEMS CAD辅助分析和设计_修改1

第4章MEMS CAD辅助分析设计MEMS技术涉及力学、流体力学、热学、电学和电磁学等多学科交叉问题，MEMS器件作为新型器件，其设计已不再是传统意义上的设计，而是包含了新工作机理的探索和新器件结构的开发。

MEMS器件的设计需要综合多学科进行理论分析，这大大增加了设计参数选择的难度，常规的分析计算方法已无法应付设计需求。

所幸的是当今计算机技术的进步使得CAD技术在器件设计中得到广泛的应用，二维和三维计算机绘图技术的发展使我们能够对复杂的MEMS结构及版图进行计算机设计。

有限元技术的应用使得人们可以用精确的计算机数值求解方法来分析和预测器件的性能，对器件工作的静态、准静态和动态模拟成为可能，从而能够对MEMS器件结构和工艺进行计算机模拟和设计优化。

国外在20世纪90年代初就研究出了用于硅压力传感器设计的MEMSCAD软件(CAEMEMS)。

在MEMS的工艺模拟、器件的建模、仿真分析以及设计优化方面，90年代中期IntelliSense公司和Microcosm Technologies公司已开始提供商业专业软件IntelliSuite和MEMCAD，可用于三维MEMS的工艺和器件模拟及设计优化。

其中Microcosm开发的MEMS 计算机辅助设计分析集成工具MEMCAD现已发展到4.5版本。

Illinois大学开发的ACES软件可用于硅湿法腐蚀、砷化嫁湿法腐蚀和RIE腐蚀工艺的模拟。

应用ACES可根据设计的版图和刻蚀条件得出腐蚀后的三维MEMS结构，ACES beta1和beta2还作为免费软件在国际互连网上提供下载。

除了专业软件外，许多有限元分析软件已用于MEMS器件的建模、分析和模拟，其中ANSYS作为大型有限元分析软件在MEMS器件的设计和模拟方面的成功应用，已得到MEMS设计者的青睐。

ANSYS软件包包含了力、热、声、流体、电、电磁等分析模块,其耦合场分析部分还包含了MEMS器件常用的压电分析。

差分电容式MEMS加速度计的结构设计及仿真

现代电子技术Modern Electronics Technique2023年7月1日第46卷第13期Jul.2023Vol.46No.130引言加速度计作为惯性导航系统的重要组成部分，通常被用于载体加速度的测量。

随着微电子技术和微加工技术的飞速发展，硅微加速度计已经在传感器市场占据了重要的地位[1⁃4]。

电容式微加速度计具有灵敏度高、输出精度高、低频响应好、噪声低、漂移小、功耗低、环境适应能力强和结构简单等优点，可适用于车辆工程和高精度惯性导航等多种领域，是当今加速度计的热点研究方向[5⁃9]。

在两种常见的电容式加速度计结构中，相较于梳齿结构在工艺上难于实现，“三明治”结构则在工艺上更容易实现、成品率高，于是本文设计了一种“三明治”结差分电容式MEMS 加速度计的结构设计及仿真邬润杰1，张伟1，郭子龙2（1.北京信息科技大学传感器重点实验室，北京100101；2.西安工业大学光电工程学院，陕西西安710021）摘要：为了扩大加速度计的测量范围、提高其灵敏度并且控制成本，提出一种差分电容式MEMS 加速度计，并介绍了其敏感机理，即输入加速度时硅质量块产生相应位移，与钯银电极形成差分电容。

通过建立输入加速度、电容差及输出电压三者之间的关系，即可检测z 轴加速度。

使用有限元分析，设置加速度为±100g 范围内，对该加速度计支撑梁厚度变化时其应力、位移变化情况进行计算和分析。

结果表明，差分电容式MEMS 加速度计具有加速度计效应，加速度在±100g 范围内线性度良好。

加速度计在梁厚为0.058mm 时，输入加速度和位移的最佳比例系数为10-7m/g ，其机械灵敏度、位移灵敏度和电容灵敏度较梁厚为0.075mm 时分别提高了10%、38%和37.9%。

该研究为后续结构改进、性能优化奠定了理论基础。

关键词：加速度计；敏感元件；“三明治”结构；差分检测；有限元分析；灵敏度；支撑梁厚度中图分类号：TN37+9⁃34；TN212文献标识码：A文章编号：1004⁃373X （2023）13⁃0147⁃06Structure design and simulation of differential capacitive MEMS accelerometerWU Runjie 1,ZHANG Wei 1,GUO Zilong 2(1.Key Laboratory of Sensors,Beijing Information Science &Technology University,Beijing 100101,China;2.School of Opto⁃electornical Engineering,Xi ’an Technology University,Xi ’an 710021,China)Abstract ：In order to expand the measuring range,improve the sensitivity and control the cost of the accelerometer,a differential capacitive MEMS accelerometer is proposed,and its sensitive mechanism is introduced,that is,when the acceleration is input,the silicon mass will generate corresponding displacement and form differential capacitance with palladium ⁃silver electrode.By establishing the relationship among input acceleration,capacitance difference and output voltage,the z ⁃axis acceleration can be detected.By means of the finite element analysis,the stress and displacement changes of the support beamthickness of the accelerometer are calculated and analyzed within the range of ±100g of acceleration.The results show that thedifferential capacitive MEMS accelerometer has the accelerometer effect,with an acceleration range of ±100g and good linearity.The optimal ratio coefficient for input acceleration and displacement of the accelerometer is 10-7m/g when the beam thickness is 0.058mm.Its mechanical sensitivity,displacement sensitivity,and capacitance sensitivity are increased by 10%,38%,and37.9%compared to the beam thickness of 0.075mm,respectively.This study can lay a theoretical foundation for the subsequent structural improvement and performance optimization.Keywords ：accelerometer;sensitive element;″sandwich″structure;differential detection;finite element analysis;sensitivity;support beam thicknessDOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.13.025引用格式：邬润杰，张伟，郭子龙.差分电容式MEMS 加速度计的结构设计及仿真[J].现代电子技术，2023，46（13）：147⁃152.收稿日期：2023⁃01⁃03修回日期：2023⁃01⁃18基金项目：国家自然科学基金资助项目（61372016）；北京市教育委员会科技计划重点项目（KZ201711232030）；传感器北京市重点实验室开放课题基金资助项目（2022CGKF002）147现代电子技术2023年第46卷构的差分电容式MEMS 加速度计。

MEMS CAD结课作业--隧道电流加速度计

实验课出勤/实验结果检
课程结业试题
平时上课出勤
课程最终
查/实验报告/期中测试理论/设计/总结报告
及表现（20%）
成绩
（30%）
（50%）
上面表格为该课程最终成绩记入方法。
2011/2012 学年第 2 学期
《MEMS CAD》课程结业试题
学
院：
班级及学号：
姓
名：
电子与计算机科学技术学院
本结业试题包括：
3
图形处理速度快、编辑功能强、通俗易学、使用方便。L-EDIT 可以设计规则检查 DRC、提供用户二次开发用的编辑界面 UPI、标准版图单元库及自动布图布线 SPR、器件剖面观察器 Cross Section Viewer、版图的 SPICE 网表和版图参数提取器 Extract(LPE)等等。
MEMSCAD 的发展使我们能够对复杂的 MEMS 结构及版图进行计算机设计。国外在 20 世纪 90 年代初就研究出了用于硅压力传感器设计的 MEMSCAD 软件(CAEMEMS)。在 MEMS 的工艺模拟、器件的建模、仿真分析以及设计优化方面，90 年代中期 IntelliSense 公司和 Microcosm Technologies 公司已开始提供商业专业软件 INTELLISUITE 和 MEMCAD，可用于三维 MEMS 的工艺和器件模拟及设计优化。未来的一段时间内，MEMSCAD 技术将更加快速发展，随着 MEMS 技术的迅猛发展，尤其在传感器、微流体、光通信和射频无线通信方面的广泛应用，MEMSCAD 将在更多方面有所突破，如微机械所特有的三维加工与集成电路工艺兼容性、系统级、器件级的仿真分析等。
INTELLISUITE 软件分析仿真的步骤：

新型MEMS加速度计的设计与测试

新型MEMS加速度计的设计与测试关键信息项：1、新型 MEMS 加速度计的设计规格与要求测量范围：＿___________________分辨率：＿___________________灵敏度：＿___________________工作温度范围：＿___________________尺寸与重量限制：＿___________________2、设计与测试的时间节点设计完成时间：＿___________________初步测试时间：＿___________________优化改进时间：＿___________________最终测试与验收时间：＿___________________3、设计与测试的责任与义务设计团队的职责：＿___________________测试团队的职责：＿___________________双方的沟通与协作机制：＿___________________4、知识产权归属设计过程中产生的知识产权归属：＿___________________相关专利申请与权益分配：＿___________________5、费用与支付方式设计与测试的总费用：＿___________________阶段性支付的金额与时间：＿___________________费用调整的条件与机制：＿___________________11 引言本协议旨在规范新型 MEMS 加速度计的设计与测试相关事宜，确保项目的顺利进行和各方权益的保障。

111 背景随着科技的不断发展，MEMS 加速度计在众多领域的应用日益广泛。

为满足市场对高性能、高精度 MEMS 加速度计的需求，特开展本次新型 MEMS 加速度计的设计与测试项目。

12 项目范围本项目涵盖新型 MEMS 加速度计的从概念设计到最终测试的全过程。

121 设计阶段包括但不限于结构设计、材料选择、电路设计等。

122 测试阶段包含初步性能测试、可靠性测试、环境适应性测试等。

Chapter 2-3 MEMS的CAD与仿真

用公式表示问题
定义准则
探究解答
评价选择
实施
（2）产品综合：当设计产品集中于应用系统理论,以及在设计工作中必须处理制造产品问题的过程,这种起始点是明确所需要的功能和所处理的技术资料,产品综合工作流程如图2.2所示.
总体形状主功能子功能和手段原理化结构量化结构单元形状材料维度表面质量
执行器作功
传感器五官
计算机头脑
执行器手足
机械结构
机械骨骼
从机械电子学的概念和设计方法发展到MEMS的设计，系统设计的基本思路是一致的.当前,有5种设计思路。 J.Kawakita法，M.NaKayama法， Key-Needs法，Kepner-Tregoe法，Z.G..ZhuM..Kajitani 法。M..Kajitani法. 2.1.1．J.Kawakita法 J.Kawakita法简称K.J法.K.J法是由底向上处理大量数据之间关系的一种假设。 K．J法思路步骤：（1）标签制作：（2）标签归类（3）范围制作：（4）说明：
1
2
m
2.2 接口设计在MEMS产品中，接口设计是十分重要的，一般接口分为硬接口和软接口，还应考虑微观与宏观接口设计。 2.2.1 硬接口以硬件形式完成子系统，功能模块之间的物质，信息，能量的输入与输出的变换，传输。按其作用可分为零接口，主动接口，被动接口，智能接口。 2.2.2软接口应用软件实现接口功能。
（1）需求与根源
基本原因（内部的）
（2）需要的水准（3）关键需要法的思考—处理模式
原因为什么？原因
理论性考虑
现象
识别（外部的）研究对象如何？我们应该做什么？发现问题

MEMS高量程微加速度计温度补偿的设计

MEMS高量程微加速度计温度补偿的设计李文燕;郭涛;徐香菊【摘要】目前基于压阻式MEMS加速度计的测量精度还不是很高,为了提高其精度,文中采用TI公司新一代的数字信号处理器TMS320F2812实时操作系统,通过对复合量程微加速度计的特性分析,找出加速度计温度漂移的变化规律;采取温度补偿措施消除温度变化带来的测量误差;系统依据数字温度传感器DS18B20提供温度参数,采用最小二乘法的软件算法对测量数据进行补偿处理;该系统处理时间短,可以满足其使用要求,算法简单有效,可以显著提高测量精度;实用表明使用高速DSP 器件并采用有效的信号处理方法可以显著地改善MEMS加速度计的性能.%At present, MEMS-based on piezoresistive accelerometer measurement accuracy is not very high, in order to improve its accuracy, in this paper utilizes a new digital signal processor TMS320F2812 real - time operating system of TI's, through the composite scale analysis of the characteristics of micro-accelerometers?to find out the changes of temperature drift of accelerometer. Temperature compensation will takes measures to eliminate measurement errors caused by temperature changes. The system is based on temperature parameters what digital temperature sensorDS18B20 provides, using the least squares method of software algorithms to compensate for measurement data processing. The system handles with a short time, to meet its requirements, the algorithm is simple and effective, can significantly improve the measurement accuracy; practical devices that use high-speed DSP and the use of effective signal processingmethod can significantly improve the performance of MEMS accelerometers.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2012(020)010【总页数】3页(P2857-2859)【关键词】信号采集;温度补偿;数据处理【作者】李文燕;郭涛;徐香菊【作者单位】中北大学电子科学与技术系仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子科学与技术系仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子科学与技术系仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TB9340 引言近年来，基于 MEMS（Micro－electromechanical System，微机电系统）技术的微惯性传感器研究与发展受到了广泛的重视。

MEMS高G值加速度传感器设计

中图分类号：ＴＰ２１２．９
文献标识码：Ａ
文章编号：ｌ００４．７３ｌｘ（２００８）１６－４３０６．０４
ＤｅｓｉｇｎＯｆＭＥＭＳｈｉｇｈＧＡｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｓｍＹｕｎ．ｂｏ，ＱＩｘｉ∞．ｊ诹．ＬＩＵＪｕｎ。ＭＥＮＧＭｅｉ州
∞矗咄ｌＫｃｙＬａｂｏｍｔｏｒｙ矗）ｒＥｌｃｃ的面ｃＭｅ部ｕ砌印ｔＴ鼬ｎｏｌｏ肼Ｎｏｒｎｌｕ面ｖｅｆｓ时ｏｆｃｈｉｎａ，倒”锄０３００５ｌ，ｃｌｌｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈｉｇｌｌ２ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｃｒ惭ｔｌｌｆｏｕｒ．ｔｅｎＩｌｉｎａｌｆｉｘｅｄｂｅ锄一ｉｓｌａｎｄｓｍｌｃｔｕｒｅｗａＬｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｍｅｐｕｒｐｏｓｅ
ｄ即脚ＰｄｏｆｔｅｓｔｉｎｇｉｎｓｐｅｃｉａＩｄｅｍａｎｄ．７确ｅｗＰ垃而ｆＤ，’聃已聊口船讲耐历Ｐ如伽ｃｅ６Ｐｍ馏Ｂ＂珐Ｐ鲫ｆ盯Ｄ厂坍御ｓ口一ｄ６印埘ｓｗＢ比６０咖６ｙ氐１）ＨＰ纪矗∥珐Ｐ６４ｃ乐∥珐Ｐ朋础ｓ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｔ１１ｅｔｅｃｌｌｌｌｏＪｏ星防ｍｅｄｉｌｌｌｅｎｓｉｏｎ
图１是一种新型的高量程压阻式加速度传感器，设计量程为１５０，０００９。该结构粱的宽度和质量块的长宽均一致，压阻对称放置于四梁根部，可以很好地抑制非对称性结构引起的沿梁长度方向横向加速度的影响。利用ＫＯＨ溶液在质量块背部开槽腐蚀，减轻质量块质量，且减小了质量块质心与梁中心面的距离。从而使梁岛式结构与平膜式结构的优点得到了有效的结合【ｚＪ。
图ｌ高ｇ值加速度传感器结构
１器件结构
１．１原理分析
收稿日期：２００７—０４一ｌｏ
惨回日期：２００７－０８一１８

MEMS加速度传感器PPT课件

G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
（d）在两面涂上光刻胶作为湿法刻蚀的梁结构（e）去除光刻胶以后两面重新被氧化生成SiO2，随后再 EVG-100覆盖（f）利用剩下的光刻胶进行刻蚀然后移除光刻胶
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
（g）等刻蚀完成，对称梁结构形成
MLOEGMOS
传感器技术
加速度传感器
.
目录
1
简述加速度传感器
2
电阻式加速度传感器
3
电容式加速度传感器
4
其他类型加速度传感器
G. rLoOuGpO3
篇前语
❖ MEMS是什么？加速度传感器与MEMS什么关系？
▪ 微机电系统（MEMS, Micro-ElectroMechanical System），也叫做微电子机械系统
目前广泛应用制备光学加速度计的
光波导式迈克尔逊、马赫—曾德等干涉仪的
核心部件都包含3 dB耦合器。
微谐振式
谐振式加速度传感器是一种典型的微机械惯性器件，基本工作原理是利用振梁的力频特性，通过检测谐振频率变化量获取输入的加速度。
热对流式
微型热对流加速度计是利用封闭空气囊内的自由热对流对加速度敏感性。两个温度传感器对称地在有气体的腔体两侧，中间有一个热源。
•加速度传感器中的分类
加速度传感器的原理随其应用而不同，有压阻式，电容式，压电式，谐振式、伺服式等。
G. rLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
压阻式压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。基于世界领先的 MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。

一种宽量程MEMS组合加速度计的设计与优化

根据项目需求，全温范围内零偏变化小于5 mg, 可根据模拟输出对应标度因数换算成模拟量后为电压量变化小于3 mV.未加入高低温零位补偿算法的加速度计无法满足项目需求，下面对其温度补偿算法的设计进行说明。
系统里的2块加速度计中，负责±2g量程范围的ADXL355内部集成温度传感器，ADXL355集成了一个可用于读取传感器的环境温度数据的温度传感器，程序中将来自ADXL355的温度数据提取命名为“T”。ADXL355的0g失调温度为0.15 mg/°Co在加速度计数据经MCU运算后，输出模拟量时选用的数模转换芯片为AD5781.将准备经由 AD5781进行数模转换的原始数字量数据，即未补偿的加速度数据命名为“DAValue”。根据课题需求，组合加速度计在0g 状态时，开机模拟输出为2,500 mV 土500 mV,为设计温度补偿算法，加入一个可使AD5781输出2,500 mV 的专用转换前初始数字量，命名为 “V25”。温度补偿算法的框图如图 12所示。
_L±ci 一'10 pF
U2
TEST
V+ 8
CAP+ osc
CAP-
3 GND
LV VOUT
ICL7662EBA
^ + 15 V
----------------15 V 丄C26 幵-10 pF
GND 图7 ICL7662电路设计
系统中，MSC1214与ADXL1002都是需要+5 V 供电的模块，此处选用+15 V转+5V的稳压芯片 MAX6350。MAX6350是一款低噪声的电源稳压芯片，具有极低的温度漂移和出色的精度。器件釆用埋藏式栅极技术，可实现最低的噪声性能，且器件负载保证
根据ADXL355的数字输出灵敏度典型值256,000 LSB/g,设置ADXL355的数字量在256,000为判断点。系统在完成初始化后进入循环，首先确定加速度方向是否与敏感轴正方向同向，以此确定数据正负号。当数字量小于256,000时，选用ADXL355的加速度数据，并传至D/A模块进行转换输出，数字量通过串口输出。当数字量大于或等于256,000时，切换至ADXL1002 数据，沿用正负号，计算其A/D转换后的数据，通过 D/A输出模拟量，串口输出数字量。 1.4高低温零位补偿算法设计

MEMS课件加速度计

• 客户需求。 • 进入市场时间（TIM）。 • 环境条件。 • 物理尺寸和重量限制 • 应用 • 制造设备 • 成本。
材料选择
• 主要基底材料有两类基底材料：
（1）仅用于支撑的钝性基底材料。这包括聚合物、塑料、陶瓷等；
（2）活性基底材料，如硅、砷化镓、石英等，在微系统中用于传感或致动部件中。
斯坦福大学制作的隧道效应加速度计 5～1.5KHz, 20ng/sqrt(Hz)
隧道效应微型加速度计例（2）
斯坦福大学制作的隧道效应加速度计
隧道效应微型加速度计的特点
• 优点：灵敏度高、带宽宽； • 缺点：对电路要求较高，需反馈控制。
什么是加速度计加速度计的分类加速度计的设计步骤加速度计的具体设计方案
• 硅：
机械性能稳定，成本不高，加工性好；是微传感器和加速度计的极好的备选材料。
• 砷化镓：
对外部影响（例如光线中的光子），即使在高温情况下，响应快；可用于热绝缘；它的高压电性使得这种材料适合精密致动；适合表面微加工；是光学快门、斩波器和致动器的优良备选材料；是微器件和微电路所需要的材料；缺点是价格比硅等其它基底材料高的多。
信号转换选择
对微传感器和致动器，信号转换都是必不可少的，都需要将化学、光、热或机械能（例如运动）以及MEMS部件的其它物理行为转换成电信号，或反过来转换。
材料和信号转换技术的概要
• 压敏电阻
在微传感器中硅压敏电阻是最常用到的，因为尺寸小，信号传输灵敏度高。压敏电阻可以在除了硅以外的其它基底上制造，例如砷化镓和聚合物等材料。使用压敏电阻的最大缺点是掺杂工艺需要严格控制以获得好的质量，另一个更严重的缺点是电阻率的温度依赖性，压敏电阻的灵敏度随着温度升高急剧变坏。在高温中使用时，信号处理中需要适当的温度补偿。