高精度加速度传感器信号处理电路的设计
!!!!!!!!!!!!传感器技术（"#$%&’(#)*%’&+,$-.%*.-/&#(#01）!!!!!!!!!!!2334年第25卷第6期
高精度加速度传感器信号处理电路的设计!
唐!军，郭!涛，石云波，刘!俊
（中北大学国家教育部仪器科学与动态测试重点实验室，山西太原!"!!#$）
摘!要：介绍了一种基于78943的高精度加速度传感器的:;<信号处理电路的设计。通过电压;频率变换的方式来实现7;8变换，使得输入;输出的转换速度和转换精度的调节具有较大的动态范围。78943作为一种高精度的电压;频率转换器件，其外围电路设计简单，通过适当的电路设计与调试，可以获得5=>2?@3A 5的非线性度和小于3=3@BC ;DE&的零偏稳定性。关键词：电压频率变换；高精度；加速度传感器
中图分类号：*F2@2!!!文献标识码：7!!!文章编号：@333A >6G6（2334）36A 3342A 32
%&’()*+,’()*-./0+1&’’1(012(3+,4()4/0&1(’(+*-11&.&0+5&3&0
*7HI "$&，IJK *’#，LBM N$&OP#，QMJ "$&
（6&78-9+*:*’3;1(<%7*-5(1=&-’+,>4&5(*(’307?@21-3(+*，A+034B*(C&0’(37+,D4(*-，
>-(72-*!"!!#$，D4(*-）
E9’30-13：7/E0/R%.-E+E#&S#(T’0.T#)%.U$.&-1-#&S.%+E#&+E0&’(R%#-.++E&0-E%-$ET V/E-/E+P’+.,#&78943E+E&T%#,$-.,=W1D.’&+#)S#(T’0.T#)%.U$.&-1-#&S.%T.%，T/.’&’(#0T#,E0ET’(+E0&’(-#&S.%+E#&-’&0.T ’VE,.,1&’DE-%’&0E&T/.-#&S.%+E#&+R..,’&,-#&S.%+E#&R%.-E+E#&=7+’/E0/R%.-E+E#&S#(T’0.T#)%.U$.&-1-#&S.%T.%，T/.R.%ER/.%1-E%-$ET ,.+E0&#)78943E+U$ET.+EDR(.=M)T/.-E%-$ET E+R%#R.%(1,.+E0&.,，T/.+.&+#%VE((0.T ’/E0/R%.-E+E#&’&,+T’PE(ET1=*/’T E+T#+’1，T/.&#&(E&.’%ET1#)T/.+.&+#%E+5=>2?@3A 5’&,T/.+T’PE(ET1E+(.++T/’&3=3@BC ;DE&=
6&7F+0@’：S#(T’0.T#)%.U$.&-1-#&S.%+E#&；/E0/R%.-E+E#&；’--.(.%#D.T.%
!G 引G 言
在传感器、智能仪表和一些自动化测试系统中，往往需要对一些模拟信号进行数字化，并且，还要根据具体要求选择相应的转换速度和转换精度。但是，由于设计和制造时的一些固有的特点，许多专用的7;8转换器其转换的速率
和精度都是固定的，或者说可调的范围很小［@］。为了克服
这一缺点，本文采用了一种:;<变换芯片78943来设计了一种电压;频率变换器，该设计不需要通过软件设计，仅仅通过硬件的调整就可以实现不同转换精度和转换速度的7;8变换，并且，转换结果具有稳定性好、非线性低、电路设计和调试简单等优点。实验证明：此电路设计取得了相当高的精度，通过适当的电路设计与调试，可以获得5=>2?@3
A 5
的非线性度和小于3=3@BC ;DE&的零偏稳定性，
在A 53X 93Y 的范围内，传感器的热灵敏度漂移能够达到3=33Z 6BC ;Y ，具有很高的应用价值。$G 电路设计
加速度传感器由高精度传感器敏感头及其后续变换电
路组成，信号处理电路包括信号放大电路、:;<变换电路、电平调整电路、输出接口，其原理构成框图如图@所示。
图$G 加速度传感器信号处理电路结构示意图H()$G ;3021320&@(-)0-5+,’()*-./0+1&’’(*)1(012(3+,
-11&.&0+5&3&0
!!在加速度传感器的设计当中，对于加速度传感器敏感头的选取是传感器性能参数的关键之一。本文选取一个石英挠性梁式硅微机械加速度传感器，通过将[\[L 敏感头与相应的型号调理电路及温度补偿电路的集成，以具有高的精度及小的温度系数。
传感器的输出电压灵敏度为56=G D:;!&，为了调节输出灵敏度以及零位，并需要在进行:;<变换之前进行信号的放大与滤波。传感器的电压放大采用的是MH7@@5，MH7@@5是一种高精度仪表放大器，其电压放大倍数最大可以达到@333倍。
收稿日期：2334A 3@A 22
!基金项目：国家自然科学基金资助项目（93@35334）；山西省自然科学基金资助项目（2335@34@）2
4万方数据