● 摘要
微电子机械系统(MEMS)是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，是建立在微电子技术基础上的21世纪前沿技术，具有广阔的市场前景。市场对低成本、高可靠性以及微型惯性传感器需求的增大已经促使硅MEMS惯性器件成为过去二十年内广泛研究和发展的主题。 目前，电容式硅MEMS惯性器件是性能较好，应用广泛的一种微惯性传感器，然而与高精度应用场合的需求还有一定的差距。在当前微加工工艺的限制下，提高硅微惯性器件性能的手段主要是提高检测电路性能，同时尽可能用电路的手段弥补机械加工的缺陷，从而实现器件整体性能的提升。本论文以电路手段提高硅微惯性器件整体性能为目的，深入分析了电容式硅微惯性器件检测中的若干关键技术，对高性能模拟和数字检测方法进行了深入研究，主要研究内容如下： 1、电容器件检测关键技术分析 对电容式硅微惯性器件检测技术的研究现状进行了概述，分析了当前电容式硅微惯性器件检测存在的技术难点，对需要进一步研究的内容作了说明。 2、微小电容检测关键技术研究 对上述若干检测关键技术进行深入研究，探讨各自的解决措施。论述了几种典型的电容检测电路，并进行了优缺点分析。 3、模拟检测方法的设计与实现 针对三明治结构电容式硅微加速度计表头设计了静电力反馈闭环检测电路，介绍了电路中关键环节的设计方法、电路参数和电路实现。 4、数字检测方法的设计与实现 设计了一种基于电路锁相谐振的微小差分电容检测方法，分别论述了该方法的设计思路、原理、设计、仿真和实现，并给出了两代检测电路的性能参数。 5、检测电路性能测试 以模拟检测电路为例完成了表头与检测电路的联调与测试。测试的内容有：表头电容标定、电路稳定性、电容分辨率、灵敏度、线性度和工作带宽。