当前课程知识点：微机电系统技术及应用 > 微惯性传感器 > ADXL系列加速度计 > ADXL系列加速度计
下面我们就通过一个典型的器件
来看一下基于梳指差分电容器的MEMS加速度计
是怎么实现的
这个典型器件就是ADXL系列加速度计
它们是ADI公司
用自己开发的一套表面牺牲层工艺制造的
这一系列加速度计都采用同样的芯片结构
在芯片中间
是由质量块 弹簧 梳指差分电容器构成的MEMS部分
周围是IC工作电路
芯片采用真空封装
我们来看这个器件的微机电系统结构
ADXL系列加速度计的质量块在面内运动
弹簧为面内伸缩弹簧
采用基于梳指差分电容器的电容式传感器原理
依据准静态模型
实现对被测物体加速度的检测
在ADXL系列器件的MEMS结构中
质量块通过折回型的梁连接到基底上
我们前面介绍过这种梁可以作为伸缩弹簧
允许质量块沿这个方向运动
这是弹簧质量块部分
差分电容器部分是这样的
质量块两边制作可动电极梳指
它和质量块是一体的
质量块的运动就是可动电极的运动
在基底上制作两组固定电极梳指
使得每一个可动电极梳指
位于两个固定电极梳指之间
这样就构成了梳指差分电容器
共有42组梳指差分电容器
另外还有12组梳指构成的静电驱动器
可以加载驱动电压产生静电力
用这个已知的静电力去驱动质量块
可以对器件进行自检测
单轴加速度计需要一套弹簧和一套差分电容器
敏感质量块在这个方向的运动
如果是双轴加速度计
则需要两套弹簧和两套差分电容器
分别敏感质量块在x y两个方向的运动
对于三轴加速度计
z轴的测量就需要质量块
与基底上的固定电极
构成平行平板电容器来进行测量
而且在弹簧设计上
要降低z轴的刚度
允许质量块在z轴运动
接下来我们看器件的工作电路
对于梳指差分电容器
上下固定电极分别加载1MHz的
幅值相等 极性相反的方波
可动电极 也就是质量块
输出方波电压信号
通过放大 同步解调
解出幅值和极性
幅值与质量块位移成正比
极性由质量块位移方向决定
在自检测的时候
可动电极加载直流驱动电压
此时的输出信号是由已知静电驱动力引起
而不是由被测惯性力引起
这一系列器件采用一套单片集成加工工艺制造
这套工艺把MOS晶体管 双极晶体管
和多晶硅MEMS结构单片集成在一起
晶体管采用标准的IC工艺
MEMS部分 也就是弹簧质量块和差分电容器部分
采用多晶硅表面牺牲层工艺
这个工艺最大的特点是它在加工MEMS部分时
对已经制作好的晶体管区域进行了很好的保护
关于加速度计我们就讲到这里
下面我们介绍另一种惯性传感器
陀螺
-什么是微机电系统
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-机电系统微型集成化的意义
-微尺度效应
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-MEMS发展历史
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-微尺度膜片及其特性
-微尺度应变器及其特性
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-微尺度电容器及其特性
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-电容信号的检测方法
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-MEMS加速度计的工作原理
-微尺度的梁和弹簧
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-MEMS压阻式加速度计
-差分电容检测方式
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-基于平行平板电容器的微执行器——弯曲式
-基于平行平板电容器的微执行器——扭转式
-基于梳状叉指电容器的微执行器
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--压电微泵
-第七讲作业
-微流控系统概述
--微流控系统概述
-微尺度流道与流体
--微尺度流道与流体
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-芯片PCR
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