2016年第35卷第11期
传感器与微系统(Transducerand Microsystem Technologies）
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DOI:10.13873/J.10009787(2016 )11008703
谐振式MIEMS磁传感器接口电路设计
高华磊，徐德辉，刘松，马颖蕾，熊斌
（中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050）
摘要：介绍了一种谐振式微系统（MEMS)磁传感器的接口电路，电路由驱动电路和信号检测处理电路组成。驱动电路采用直接数字频率合成器（DDS)产生磁传感器驱动信号，同时为检测电路提供同步信号；信号检测处理电路对磁传感器输出信号和DDS产生的同步信号进行同步解调，最终得到所需的磁场信号。最后对电路的性能和测试结果进行分析和总结
关键词：微系统磁传感器；直接数字频率合成器驱动；同步解调；接口电路
中图分类号：TN709
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)11-0087-03
Design of resonant MEMS magnetic sensor interface circuit *
GAO Hua-lei, XU De-hui, LIU Song, MA Ying-lei, XIONG Bin
( Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences
Shanghai 200050,China )
Abstract: An interface circuit for resonant MEMS magnetic sensor is introduced, the circuit is composed of driving circuit and signal detection and processing circuit. Driving circuit uses direct digital frequency synthesizer( DDS ) to generate magnetic sensor driving signal. At the same time, it provides synchronizing signal for detection circuit. Signal detection and processing cireuit demodulates output signal of magnetic sensor and synchronizing signal generated by DDS. Finally, magnetic field signal needed is obtained. Characteristics of circuit and results of test are analyzed.
snoso demodulation; interface circuit
0引言
如今，微系统MEMS)传感器凭借体积小、重量轻、成
本低、可靠性高及可批量生产等优点，已经应用到广各个领域。其中，谐振式MEMS磁传感器根据其结构特点和工作原理具有宽测量范围、高灵敏度等优点1)，可广泛应用于目标磁场的测量、航空航天、导航系统、安全监测、车辆监测、地质勘探等领域2。磁传感器的输出特性不仅与器件的结构有关，还与具体的驱动电路和信号处理电路有直接关系。谐振式MEMS磁传感器的工作方式需要外部驱动信号给予激励，而输出信号又是非常微弱的，在噪声中将微弱的信号提取出来，这需要设计专门的电路结构[3.4]。
本文针对自行设计的谐振式MEMS磁传感器，结合它的结构特点和工作方式，设计出可有效对其进行驱动和信号检测处理的系统电路，并对电路进行了整体测试和结果分析。
收稿日期：2016-02-25
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（51577186,51306200）
1MEMS磁传感器系统结构及工作原理
MEMS磁传感器一般都是基于落伦慈力的微机械磁场传感器，但是此类传感器存在功耗大、线性度差等间题，本文中的MEMS磁场传感器是一种静电驱动-电磁感应检测谐振式微机械磁场传感器5.6]。该传感器的主体是由硅结构的谐振振子和位于振子上的感应线圈构成，图1是磁传感器SEM照片。当施加激励使得谐振子发生振动时，感应线圈会随着谐振振子做切割磁感线运动，从而在感应线图两端产生感应电动势。通过测量感应电动势就可以得出磁场的大小。利用电磁感应工作原理来检测磁场，不存在磁滞和磁饱和现象；且感应电动势与磁场强度成正比，使得输
出信号具有很好的线性度。 2电路系统整体结构
针对谐振式MEMS磁传感器静电驱动电磁感应检测的工作特点，设计其特有的接口电路。其电路结构见图2，主要分为驱动电路、信号检测处理电路模拟部分、信号检测