Статья

Название статьи АНАЛИЗ ЭФФЕКТА ПАРАЗИТНОЙ ЕМКОСТИ В РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА
Автор Ло Ван Хао, Т. Г. Нестеренко
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 621.3.049.77: 53.087.92
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-54-67
Аннотация Наиболее эффективным методом идентификации динамических характеристик резонансной структуры микроэлектромеханического гироскопа (ММГ) является экспериментальное определение его частотных характеристик в двух режимах работы: в режиме движения и режиме чувствительности. В режиме движения механическая резонансная структура гироскопа возбуждается электростатической силой путем подачи на электроды возбуждения гармонического сигнала и на выходе определяется информационная емкостная реакция. Однако выходной сигнал обычно искажается прохождением сигнала возбуждения к информационному сигналу через паразитные электрические компоненты, параллельные с идеальной структурой электромеханического резонатора. Из-за этого точная оценка параметров динамической системы ММГ затруднена. Актуальной задачей является поиск параметров существующих паразитных компонентов и способа снижения негативных эффектов, которые оказывают влияние на характеристику ММГ. В данной статье представлены: конструкция канала движения ММГ, теоретический анализ и результаты экспериментов. Основное влияние на динамическую характеристику ММГ оказывают паразитные емкости. На основе математической модели колебаний подвижной структуры ММГ проведен всесторонний теоретический анализ, в результате которого выведены два способа, позволяющие осуществить снижение влияния паразитной емкости. Первый способ реализуется путем увеличения подаваемого напряжения постоянного тока, второй способ заключается в увеличении добротности. Эффективность первого способа подтверждена практическими испытаниями. Из результатов испытания определена величина паразитной емкости. В работе также обнаружено и выяснено явление смещения резонансной частоты при применении двух предполагаемых способов.

Скачать в PDF

Ключевые слова Микроэлектромеханический гироскоп; режим движения; режим чувствительности; кремниевый электромеханический резонатор; подвижная масса; вибропривод; ток движения; трансимпедансный усилитель.
Библиографический список 1. Жигальский А.А. Проектирование и конструирование микросхем: учеб. пособие.
– Томск: ТУСУР, 2007. – 195 с.
2. Cenk Acar, Andrei M.S. MEMS vibratory gyroscopes structural approaches to improve robustness // MEMS Reference Shelf. Library of Congress Control Number: 2008932165. – 2009.
– 262 p.
3. Барбин Е.С. Динамика многокомпонентного микромеханического гироскопа-акселерометра с развязывающими рамками: дис. … канд. тех. наук. – Томск, 2016.
– C. 111-116.
4. Dong Lili and Avanesian David. Drive-Mode Control for Vibrational MEMS Gyroscopes // Electrical Engineering & Computer Science Faculty Publications. – 2009. – Vol. 102. – 9 p.
5. Патент РФ № 2503924 МПК G01C19/5712. Интегральный микромеханический гироскоп / Нестеренко Т.Г., Лысова О.М., Коледа А.Н., Барбин Е.С., Колчужин В.А. Заявлено 30.05.2012; Опубл. 10.01.2014.
6. Патент РФ 2477863. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр / Коноплев Б.Г., Лысенко И.Е. Заявлено 10.10.2011; Опубл. 20.03.2013, Бюл. №16.
7. Cenk Acar and Andrei M.S. Structurally decoupled micromachined gyroscopes with post-release capacitance enhancement // J. Micromech. Microeng. – 2005. – Vol. 15. – P. 1092-1101.
8. Лысенко И.Е. Метод проектирования микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений LL-типа // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2009. – № 1.
– C. 117-123.
9. Huan-ming Wu,• Tao Yin, Ji-wei Jiao and Hai-gang Yang. Analysis of parasitic feed-through capacitance effect in closed-loop drive circuit design for capacitive micro-gyroscope // Microsystem Technologies. – 2015. – Vol. 22. – 7 p.
10. Changhong Guan. Development of a Closed-loop MEMS Capacitive Force Sensor: a thesis submitted to the Graduate Faculty Mechanical Engineering. Raleigh, North Carolina, 2009. – 90 p.
11. Cui J., Guo Z.Y., Yang Z.C., Hao Y.L. and Yan G.Z. Electrical coupling suppression and transient response improvement for a microgyroscope using ascending frequency drive with a
2-DOF PID controller // J. Micromech. Microeng. – 2011. – Vol. 21. – P. 1-11.
12. Лысенко И.Е. Проектирование сенсорных и актюаторных элементов микросистемной техники: учеб. пособие. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – 103 c.
13. Mikko Saukoski. System and circuit design for a capacitive MEMS gyroscope: dis. Doctoral // Tech. Science. – 2008. – P. 68-73.
14. Распопов В.Я. Микромеханические приборы. – М.: Машиностроение, 2007. – 400 с.
15. Alexander A.T and Andrei M.S. Capacitive detection in resonant MEMS with arbitrary amplitude of motion // J. Micromech. Microeng. – 2007. – Vol. 17. – P. 1583-1592.
16. Karthik Kadirvel. Development of closed-loop interface circuits for capacitive transducers with application to a MEMS capacitive microphone: dis. cand. tech. science. – F., 2007.
– P. 26-31.
17. Burak Eminoglu. Control electronics for MEMS gyroscopes and its implementation in a CMOS technology: a thesis submitted to the Graduate school of natural and applied sciences of Middle East technical university, 2011. – 146 p.
18. Erdinc Tatar. Quadrature error compensation and its effects on the performance of fully decoupled MEMS gyroscopes: a thesis submitted to the Graduate school of natural and applied sciences of Middle East technical university, 2010. – 169 p.
19. Дубков А.А., Агудов Н.В. Преобразование Лапласа: учеб.-метод. пос. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2016. – 36 с.
20. James Karki. Effect of Parasitic Capacitance in Op Amp Circuits. – Texas Instruments: Application Report SLOA013A, September 2000. – 26 p.
21. Jonathan Pearson. Compensating Current Feedback Amplifiers in Photocurrent Applications // A nalog Dialogue. – 2013. – Vol. 47, No. 3. – P. 3-6.
22. Фещенко В.Н. Справочник конструктора. Книга 1. Машины и механизм: учеб.-прак. пос. – М.: Инфра-Инженерия, 2016. – 400 с.

Comments are closed.