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题名: 一种测试加速度,压力和温度的集成硅芯片及制作方法
专利国别: 中国
专利类型: 发明
中文摘要: 本发明涉及一种测试加速度，压力和温度的集成硅芯片及制作方法，其
特征是同一套微加工工艺将热电堆的加速度传感器、压力传感器和温度传感
器制作在一个芯片上。采用热对流式的加速度传感器，是用多晶硅电阻作为
加热器，用两对金属(铝、钛钨金等)和P型多晶硅或N型构成热电堆检测由
加速度引起的密封空腔内的温度差，来检测加速度。用低应力的氮化硅薄膜
作为压力传感器芯片的核心结构层，多晶硅薄膜形成力敏电阻条，在LPCVD
炉中用TEOS栓形成真空参考腔，制作出高精度的绝对压力传感器。同时用多
晶硅热敏电阻来检测温度变化，
语种: 中文
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ADXL105加速度传感器在车辆平顺性测试中的应用
【摘要】：介绍了加速度传感器ADXL105的特点和工作原理,结合汽车平顺性测试的要求,给出了汽车平顺性测试电路的具体设计和必要的性能测试方法。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TP212【正文快照】：
ADXL105的特点及工作原理ADXL105加速度传感器是AnalogDevices公司研制的单轴加速度测量系统,它具有模拟输出、高性能、高准确度的特点。ADXL105内部包含一个多硅表面微处理传感器和BIMOS信号控制电路,故可形成开环加速度测量结构。与其它加速度计相比,ADXL105可以在很大程度
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京公网安备75号低功耗数字加速度计接口ASIC芯片设计
随着时代的发展与科技的进步，微电子技术也逐渐融入到军事、民用等各个领域中，其中数字加速度计凭借精度高，噪声特性好，稳定性高和功耗低等优点，被广泛地运用到军事与民用的范畴。高性能的加速度计接口电路是保证加速度计稳定工作的基础。近年来，以智能手机，平板电脑与可穿戴智能设备为代表的便携式电子设备的快速发展与广泛普及，智能设备的续航问题成为消费者与设计者关注的焦点，因此低功耗数字加速度计接口电路的研究具有重要的研究意义与实际价值。　　本文从数字加速度计的工作原理与系统结构入手，对机械结构敏感单元的工作过程与信号检测的...展开
随着时代的发展与科技的进步，微电子技术也逐渐融入到军事、民用等各个领域中，其中数字加速度计凭借精度高，噪声特性好，稳定性高和功耗低等优点，被广泛地运用到军事与民用的范畴。高性能的加速度计接口电路是保证加速度计稳定工作的基础。近年来，以智能手机，平板电脑与可穿戴智能设备为代表的便携式电子设备的快速发展与广泛普及，智能设备的续航问题成为消费者与设计者关注的焦点，因此低功耗数字加速度计接口电路的研究具有重要的研究意义与实际价值。　　本文从数字加速度计的工作原理与系统结构入手，对机械结构敏感单元的工作过程与信号检测的原理进行分析，并选择了方便低功耗设计的五阶带前馈结构的分布式反馈加速度计系统结构，对其在Matlab的Simulink下建立包含运放噪声、kT/C噪声、时钟抖动等非理想因素的行为级模型，得到的仿真结果为 SNDR：101.5dB，ENOB：16.57dits。通过测试芯片的功耗来分析电路设计上可优化的结构问题。讨论了在模拟电路中的低功耗设计方法，噪声、动态范围等对功耗的限制，并对开关电容电路中的运算放大器做详细的功耗分析与低功耗设计。　　在理论与行为级的仿真的基础上，基于0.5μm CMOS工艺，在Cadence下完成对五阶低功耗数字加速度计接口电路的设计。Sigma-Delta数字加速度计接口电路系统的各个功能模块均能正常工作。电源电压为5V，仿真得到整体电路的功耗为9.4mW，量程为±2g，输出信号的噪声水平在-140dBV/Hz1/2，灵敏度320mV/g，等效输入加速度噪声0.8μg/Hz1/2。收起
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加速度计adxl105的性能测试_测试仪表
发布时间： 10:57:58&&来源：&&作者：&&点击：307
　　ADXL105是ANALOG DEVICES公司研制的单轴加速度测量系统，具有模拟输入、高性能、高准确度的特点。　　ADXL105可以用在惯性导航系统中作为加速度计，测量车辆的线加速度，再经过两次积分得到车辆的行驶距离。结合陀螺仪信息，获取车辆的完整信息。ADXL105的集成度高、结构简单，只需一单片集成电路即可。其内部包含一个多硅表面微处理传感器和BIMOS信号控制电路，形成开环加速度测量结构。
　　与其它加速度计比较起来，ADXL105可以在很大程度上提高工作带宽，并大幅度降低噪声影响，0g偏差和温度漂移也相对较低。测量范围为-5g~+5g；分辨率很高，可以分辨出低于2mg的加速度；产生一个模拟输出电压；既可以用来测量静态加速度(如重力加速度，或斜坡加速度等)，又可用来测量动态加速度(如振动等)；极低的功耗，只有2mΑ；最大可以容忍1000g的加速度；比例因子可调。
ADXL105工作原理
　　ADXL105传感器是一个位于硅晶体表面的微处理多硅结构，以一个多硅线悬于晶体表面，用来形成一个阻碍加速度的力。用一个由两个相对独立的固定板以及与运动体相连的中间板组成的差动电容器来测量该结构的偏斜。固定板由一个180°的反向方波来驱动。由偏斜引起的加速度使得差动电容器失衡，从而产生幅度与加速度成正比的方波输出。然后采用相位解调技术校正信号，来确定加速度的方向。
ADXL105校正
　　ADXL105的0g偏差及比例因子的初值在使用时，都要求进行直流校正。加速度较小时，重力加速度的影响较稳定，可以获取准确易用的参考值。将ADXL105水平放置在地表面上，此时加速度可以认为是0g，输出值即为加速度为0g时的输出电压，读取它。将该加速度计旋转Array0°，加速度为1g，读取输出值。再旋转180°，加速度为-1g，读取输出值。
　　为了获取比较准确的灵敏度，可以采用以下公式：
　　灵敏度＝(1g读数－(-1g 读数))/2V/g
　　这样做的优点在于轴上信号与角度cos成正比，因而加速度计没有对齐带来的误差不是很大。比方说，如果有一个5°的方向偏差，测量结果只会产生0.4%的误差。
　　加速度计的误差补偿
　　在我们的组合导航系统中，使用ADXL105加速度计来测量车辆的动态线加速度。但就该加速度计本身而言，具有比较大的漂移速率，如果不加以补偿，在测量的过程中就会带来相当大的误差。
　　加速度计可以测量车辆运行时，沿着相互正交的X轴和Y轴的线加速度，其测量值中包括了重力加速度的成分，要加以补偿。该加速度计的测量范围为-5g~+5g。对应于每个轴上的输出为总加速度在每个轴上的与电压成比例的分量。
　　该加速度计的误差来源于以下几个方面：
1)确定性误差。恒定加速度条件下，偏离0电压的固定值，以及温度偏差。
2)比例因子误差。输出电压的变化与输入加速度的变化的比，既可以简单表示成一个比例的形式，也可以表示成测量满量程的百分比。
3)交叉耦合误差。加速度计的输出值的误差，是由于加速度计对输入轴的加速度极为敏感引起的。
4)随机误差。该误差是由于加速度计的不稳定性引起的。其中包括温度偏差(由于温度不稳定而产生的。在室温下，偏差范围为-100mV~ +100mV)、内部可调放大器的初始偏差(范围为-25mV~+25mV)、0g偏差(-625mV~+625mV)等等。
确定性误差的补偿
　　在零加速度的条件下，输出的理论电压值应该是2.5V。相应的A/D值应该是40Array6/10×2.5+，而实际输出是3270，差值为1Array8，其中温度偏差系数为8mV/℃,室温下偏差值大约为25×8=200mV(82A/D)左右，这样偏离理论值的量就为116A/D(116/mV),而该加速度计允许其0g偏差为-650mV~+650mV，所以仍在允许的误差范围内。我们可以求出在前30s~60s的均值以补偿该加速度计的确定性误差。
随机误差的补偿
　　对于惯性传感器来说，数据中除了包含有确定性误差之外，还有随机误差，因而用上面的方法去掉确定性误差之后，数据中仍含有随机误差，也需要进行补偿。
　　在我们的系统中，采用下面的模型对惯性传感器陀螺仪和加速度计的随机误差加以补偿，其中包括两个线性参数(CC1,C2)和两个非线性参数(lam1=0,lam2)。
　　其中， 表示零输入时加速度计相应的误差模型值。(ADXL105数字化输出，将120分钟测得的数据进行拟合。)
　　从本质而言，上面两个式子是一样的。 也可以表示成为CC1 ，其中包括确定性误差和随机偏差以及等式中代表温度偏差的另一部分。选取恰当的初始参数值，通过调节 CC1， C2，λ2 三个参数在零输入条件下的输出，以获得加速度计最佳的误差模型。下表列出根据试验数据所获得的最佳参数。
　　误差模型的准确性可以用以下方法得到检验，求得实际值与相应的模型值的差值，再看是否满足高斯白噪声过程的条件。如果满足，就说明模型是正确的；否则，该模型还需要进一步改善，直到其差值满足高斯白噪声过程的条件为止。
　　模拟过程离散化后，时刻kTs(Ts为取样时间)的差值ω(K)可以表示为：
　　在测量的过程中，数据的变化趋势也被减掉，因而可以认为过程是静态的。加速度计的实际测量数据、误差模型以及两者之间的差值。这样，该过程任意两个样点间的自相关系数 仅与这两样点间的距离Δ有关。对于一N个点的有限序列，它的自相关函数为：
　　理论上，零均值高斯白噪声的自相关函数仅在零点即 时，有一个相应于过程方差的冲激，而在其他点的值都为零。但是实际情况下，有限的固定数量的采样点间的自相关函数是在零值附近有些扰动，而非稳定在零值，可以根据其统计特性来证实这一点。如果N值足够大(N≥16)，Δ≠0样点的自相关估计基本服从零均值的高斯分布， 而且标准差为：
　　纵坐标表示，加速度计样点的自相关估计也就是样点的自协方差估计对过程方差的归一化。为了减小过程标准差的范围，可以取多个样点自相关估计的总体平均。假设有M个样点，那么取这M个点的自相关估计的总体平均之后，就可以将该过程的标准差界限降为原来的 。通常情况下，可以将过程的标准差估计限定在和之间。不过也会有少量数值超出这个范围，但只要有Array5.5%的点在这个范围内，就可以认为该过程是服从零均值的高斯白噪声分布。图3为ADXL1050g差值ω(K)的自相关函数，可以看出的确是服从零均值的高斯白噪声分布，从而也就验证了以上的加速度计误差模型的正确性。
　　惯性导航系统具有完全自主式、全天候、不受外界环境干扰影响、无信号丢失等特点，但是只是短时间内精度比较高，时间越长，随着时间的积累误差也在积累。因而对组成系统的惯性传感器的性能要求比较高。本文提出的测量传感器静态性能的方法，不仅适用于加速度传感器，同时也适用于陀螺仪。并能通过误差补偿，提高系统精度。惯性传感器的性能将在以后研究的GPS/INS组合导航系统中得到检验。■
摘自《电子产品世界》
以上内容由
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　　“华夏名网”
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