● 摘要
在硅谐振微传感器中，低信噪比的微弱信号检测、闭环自激电路的小型化和抗干扰等问题十分突出。硅谐振式压力微传感器的闭环系统，采用了独特的“锁相+分频”方案，基于模拟锁相环与数字锁相环两种技术，分别搭建了两个系统。在方案选择、理论分析、电路设计、器件选择、电路调试、闭环实现和整体性能测试方面做了有新意的工作。锁相环独特的载波跟踪、调制跟踪与低门限特性，使其很好地完成了低信噪比微弱信号的提取。在初步实现模拟锁相环闭环系统的基础上，通过实验研究和理论分析，对原电路进行改进，重点研究了电路的小型化与性能优化。模拟锁相环路由分立的模拟器件构成，包括鉴相器（由模拟乘法器实现），低通滤波器和压控振荡器以及倍频器。性能优化的过程中重点改进了前级带通滤波环节。搭建了硅谐振式微传感器数字锁相环闭环系统，基于模拟锁相环原理，用数字的分立器件实现锁相环。以DSP为核心，利用DSP高速的信号处理功能，编程实现鉴相和低通滤波的功能。此外，由DSP控制A/D转换芯片和专用的DDS（直接数字频率合成）芯片，完成数据的采集与特定频率正弦波的输出。闭环系统研制过程中遇到了几个难点：传感器输出信号微弱、频率较高、易产生分布式电参数耦合、同频干扰严重，高速高精度多通道模数转换芯片的选择，小型化器件选择，数字/模拟电路的匹配，DSP的时序控制与处理算法等。我们一一克服了这些难点，并在电路的制作与调试过程中，积累了一些经验和技巧。对实现硅谐振微传感器的工程化具有实际意义。