王威 崔敏 李孟委 张鹏 梁洲鑫

摘要：针对纳米光栅微陀螺输出微安甚至皮安级的微弱电流信号，设计微弱电流信号的前置放大电路，研究弱电流信号检测与电路稳定性的理论，提出一种低成本、低噪声、高信噪比的微弱电流检测方法，即高阻型的，I-V转化法，并给出高阻型，I-V转化电路的响应带宽计算公式以及电路稳定性的分析方法。通过搭建测试台，对电路性能及功能进行实际测试。实验结果表明：该电路可对皮安级的微弱电流信号进行检测放大，电路灵敏度为10mV/pA，最大检测误差为1.5%（当输入微弱电流值>10pA时），满足纳米光栅微陀螺的微弱电流检测的需求。

关键词：纳米光栅陀螺;前置放大电路;微弱信号检测;I-V电路;稳定性

中图分类号：TM934文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2019）04-0123-06

0引言

陀螺是用于测量角速率的传感器，是惯性技术的核心器件之一。它具有体积小、功耗低、成本低、易批量化生產、灵敏度高、抗过载能力强、动态范围大和可集成性好等优点，因此在民用消费领域和现代国防领域具有广泛的应用前景。

微机械陀螺高精度检测的重点是对微弱哥氏力引起的微应力或微位移的检测。纳米光栅对微位移具有极高的灵敏度。通过此原理可获得飞米级的微位移检测分辨率，仿真结果表明其噪声分辨率高达2.603x 10^-4（°）/h/√HZ，将纳米光栅应用于MEMS陀螺微位移检测，可以解决微弱哥氏力的检测难题，能够克服现有电容检测原理检测灵敏度低的不足。微虽然目前微弱电流检测的相关仪器在检测精度与检测的数量级上已经达到很高的水平，但是由于这些仪器价格昂贵，体积较大，难于与实际的测试对象轻便组合等因素，限制了其使用范围。不……