Форум » МЕТОДОЛОГИЯ - METHODOLOGY » МЭМС-гироскоп: чувствительная структура | Схема обнаружения | Интегрированный пакет » Ответить
МЭМС-гироскоп: чувствительная структура | Схема обнаружения | Интегрированный пакет
Kelly Yu: МЭМС-гироскоп — это разновидность инерциального датчика МЭМС, который использует эффект Кориолиса для определения угловой скорости вращения объектов. Он может интегрировать чувствительную структуру и периферийную схему измерения и управления на одном кремниевом чипе и обладает преимуществами низкой стоимости, небольшого размера, легкого веса и низкого энергопотребления. Чувствительная структура является основным компонентом гироскопического датчика MEMS, которая напрямую связана с характеристиками гироскопа, такими как масштабный коэффициент, нулевое смещение и антивибрация. В этом документе подробно представлены базовые знания о МЭМС-гироскопах, включая чувствительную структуру, схему обнаружения и интегрированный пакет МЭМС-гироскопа. Чувствительная структура MEMS-гироскопа Как показано на рисунке 1, ось X — это ведущая ось МЭМС -гироскопа , ось Y — ось обнаружения, а ось Z — входная ось угловой скорости. Массовый блок соединен с точкой крепления через луч обнаружения, приводной луч, верхнюю балку и опорную балку, а подвижная конструкция подвешивается на основании через точку крепления. После подачи приводного напряжения на зубья приводной гребенки два массовых блока вибрируют вдоль оси X, при наличии входной угловой скорости по оси Z два массовых блока вибрируют вдоль оси Y под действием силы Кориолиса, формирование дифференциальной емкости обнаружения. Изменение обнаруженной емкости пропорционально входной угловой скорости, а входную угловую скорость можно измерить путем измерения изменения емкости. Когда гироскоп MEMS подвергается вибрации, ударам и другим линейным ускорениям, направление силы инерции, воспринимаемой двумя массовыми блоками, одинаково, так что выходной синфазный сигнал формируется в направлении обнаружения. Дифференциальное обнаружение может подавить синфазную ошибку и уменьшить влияние вибрации и ударов на выходной сигнал гироскопа. Рисунок 1. Принципиальная схема гирочувствительной структуры MEMS с вибрацией двухмассовой линии. Схема обнаружения гироскопа MEMS Схема ASIC MEMS -гироскопа управляет замкнутым контуром и обнаруживает режим разомкнутого контура. Принципиальная схема показана на рисунке 2. Схема управления включает в себя блок CV-преобразования, блок ∑-∆ аналого-цифрового преобразования, блок автоматической регулировки усиления ФАПЧ и блок ∑-∆ аналого-цифрового преобразования. Благодаря цифровому режиму замкнутого контура ∑-∆ влияние паразитного режима на производительность устройства может быть эффективно подавлено, антиинтерференционная способность гироскопа улучшена и можно избежать явления электростатической адсорбции. Контур обнаружения имеет форму разомкнутого контура, включающего блок преобразования CV, блок ∑-∆ mod-цифрового преобразования, блок компенсации и блок фильтра, и, наконец, реализует вывод сигнала угловой скорости, сигнала температуры и сигнала самообнаружения через SPI. интерфейс. Благодаря цифровой компенсации и фильтрации можно эффективно улучшить точность и экологический индекс гироскопа. Рисунок 2. Блок-схема ASIC MEMS-гироскопа. Интегрированный пакет MEMS-гироскопа Чтобы уменьшить объем и вес MEMS-гироскопа и повысить надежность, используется двухкомпонентный интегрированный корпус для заключения чувствительной структуры и схемы ASIC в керамический корпус. По сравнению с гироскопом MEMS, интегрированным с дискретными устройствами, двухчиповая интегрированная чувствительная структура и микросхема ASIC обеспечивают соединение сигналов посредством соединения выводов, которое имеет короткую длину выводов и небольшую паразитную емкость. С другой стороны, интегрированный корпус, состоящий из двух частей, может эффективно уменьшить объем и вес устройства, повысить надежность устройства и добиться прорыва в объеме, весе и стоимости MEMS-гироскопа. Схема интегрированного корпуса гироскопа показана на рисунке 3. Керамическая оболочка корпуса представляет собой корпус LCC30, а микросхема чувствительной структуры и схема ASIC интегрированы внутри вакуумного корпуса на уровне пластины. Встроенный MEMS-гироскоп весит всего 1,85 грамма, потребляет всего 0,125 Вт и имеет выходной сигнал угловой скорости, выходной сигнал температуры и выходной сигнал состояния самоопределения, что может удовлетворить потребности большинства инженерных приложений. Рис. 3. Принципиальная схема интегрированного пакета MEMS-гироскопа. ЭР-МГ-057 и ЭР-МГ2-50/100 Гироскоп MEMS в основном делится на навигационный уровень, тактический уровень и потребительский уровень в зависимости от уровня точности. МЭМС -гироскопы потребительского уровня в основном используются в смартфонах, виртуальной реальности и т. д., а навигационные и тактические уровни в основном используются в нефтедобывающей, аэрокосмической, картографической, дронах и других областях. ER -MG-057 — тактический MEMS-гироскоп в корпусе LCC с масштабным коэффициентом 20 000LSB/°/с и нестабильностью нулевого смещения 1dph. Его размеры составляют 11×11×2 мм, а потребляемая мощность всего 0,2 Вт. ER -MG2-50/100 представляет собой MEMS-гироскоп навигационного класса, также использующий пакет LCC, масштабный коэффициент составляет 160 000–80 000 LSB/град/с при условии 25 ℃, нестабильность нулевого смещения составляет 0,01–0,02 град/час. Точность навигационного уровня выше, чем тактического уровня, более подходящего для области высокой точности. Аналогично, его размеры составляют 11×11×2 мм, а потребляемая мощность — всего 0,2 Вт. Рисунок 4 представляет собой физическое изображение МЭМС-гироскопа. Рисунок 4. Схема MEMS-гироскопа. Заключение В этом документе представлены чувствительная структура, схема обнаружения и интегрированный пакет МЭМС-гироскопа, а также представлен уровень точности МЭМС-гироскопа разных уровней на примере двух МЭМС-гироскопов разных уровней. Если вы заинтересованы в знаниях о MEMS-гироскопах , свяжитесь с нами. https://www.ericcointernational.com/application/mems-gyroscope-sensitive-structure-detection-circuit-integrated-package.html
Ответов - 0
полная версия страницы