Детальная информация

Работа посвящена исследованию работы емкостного акселерометра и разработке модели чувствительного элемента и системной модели акселерометра. Цель работы – получить модель акселерометра с разрешением не менее ±0,1 g и диапазоном ±15 g. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Провести аналитический обзор современных конструкций МЭМС-акселерометров и методов обработки сигналов, включая анализ шумов и электромагнитной совместимости; 2. Разработать параметрическую модель чувствительного элемента в COMSOL Multiphysics, включая расчёт механических, ёмкостных и частотных характеристик; 3. Создать системную модель акселерометра в MATLAB Simulink, интегрировав передаточные функции чувствительного элемента и схему обработки сигналов; 4. Исследовать влияние шумов на акселерометр; 5. Провести сравнительный анализ разработанной модели с существующими аналогами. В результате исследования получена модель позволившая проанализировать чувствительность акселерометра, обладающая наибольшей точностью описания работы акселерометра в сравнении с моделями из других работ. В ходе работы использовалось программное обеспечение COMSOL Multiphysics и MATLAB Simulink.

Object of study is the study of the operation of a capacitive accelerometer and the development of a model of the sensing element and the system-level model of the accelerometer. The aim is to obtain an accelerometer model with a resolution of at least ±0,1 g and a measurement range of ±15 g. The following tasks were solved: 1. An analytical review of modern MEMS accelerometer designs and signal processing methods was carried out, including noise analysis and electromagnetic compatibility; 2. A parametric model of the sensing element was developed in COMSOL Multiphysics, including the calculation of mechanical, capacitive, and frequency characteristics; 3. A system-level model of the accelerometer was created in MATLAB Simulink, integrating the transfer functions of the sensing element and the signal processing circuit; 4. The influence of noise on the accelerometer was studied; 5. A comparative analysis of the developed model with existing analogs was conducted. As a result of the study, a model was obtained that made it possible to analyze the sensitivity of the accelerometer and demonstrated the highest accuracy in describing the accelerometer’s performance compared to models from other works. The software used during the project included COMSOL Multiphysics and MATLAB Simulink.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Обзор литературы
• 1.1 Выбор вида акселерометра
• 1.2 Электромагнитная совместимость акселерометра
• 1.3 Шумы в акселерометре
• 1.3.1 Механический шум
• 1.3.2 Шум схемы обработки
• 1.4 Проектирование чувствительного элемента
• 1.5 Проектирование схемы съема акселерометра
• 1.6 Статический шум сенсора
• 1.7 Схема фильтрации шумов и помех
• 1.7.1 Анализ моделей шумов
• 1.7.2 Схема фильтрации
• 1.7.3 Расчет частотных параметров
• 1.8 Обратная связь
• 1.9 Транскондуктивный усилитель
• 1.9.1 Простейший транскондуктивный усилитель
• 1.9.2 Транскондуктивный усилитель на основе технологического процесса КМОП 65 нм
• 1.10 Структура компенсации нуля
• 1.11 Влияние отклонений в технологических процессах на работу акселерометров
• 1.11.1 Отклонения при сквозном травлении
• 1.11.2 Влияние влажного травления TMAH
• 1.11.3 Проблемы с боковым покрытием
• 1.11.4 Причины появления конусного профиля
• 1.12 Технологический процесс изготовления чувствительного элемента
• 1.13 Постановка цели и задач исследования
• 2. Построение модели чувствительного элемента и его характеристик
• 3 Построение модели структуры съема
• 3.1 Модель транскондуктивного усилителя
• 3.2 Моделирование системной модели
• 3.3 Шумы в чувствительном элементе
• 3.3.1 Тепловой механический шум
• 3.3.2 Фликкер шум
• 3.4 Шумы в схеме обработки
• 3.4.1 Тепловой шум в схеме обработки
• 3.4.2 Фликкер шум в схеме обработки
• 3.5 Схема обработки сигналов акселерометра на транскондуктивных усилителях
• 4. Сравнение модели с моделями, полученными в других работах
• 4.1 Математическая модель ЧЭ
• 4.2 Электрическая модель ЧЭ
• 4.3 Физическая модель ЧЭ
• 4.4 Системная модель акселерометра MMA7331L
• 4.5 Системная модель двухосного акселерометра
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ