赵耀 张伟

北京信息科技大学传感器重点实验室，北京 100101

0 引言

MEMS是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。MEMS加速度传感器作为惯性传感器中的重要器件，其发展速度不断提高，随着该技术的应用范围不断拓宽，各种应用场景对MEMS加速度计的性能、精度和尺寸也提出了更高的需求，而由于结构、工作原理等原因，MEMS加速度计在实现载体姿态运动加速度的准确测量过程中容易受到环境温度的影响，导致存在零漂、功率过大等问题，因此实现对运动载体的加速度的准确测量的研究有着非常重要的意义[1]。对MEMS加速度传感器的研究是MEMS技术研究中最活跃的领域，高分辨率和大量程的MEMS加速度计是该研究的重点，同时，在MEMS加速度计的性能优化中，低温漂、低零偏和抗信号干扰等性能是研究的重点。本文根据项目需求，设计一款MEMS组合加速度计，能够实现在±60 g测量范围内满足-45～+85 ℃温度范围内线性度≤1% FS、交叉耦合≤5%、分辨率≤5 mg。

1 MEMS加速度计设计

1.1 MEMS加速度计工作原理

MEMS加速度计主要分为电容式、压电式和压阻式。其中，电容式相对于另外2种能够具备更好的性能。电容式MEMS加速度计的应用很广，可适用于非常宽的温度范围，灵敏度和抗冲击性能优异，但同时也较为复杂，制造成本更高[2]。电容式敏感机理是通过测量支撑梁间的电容变化来对应加速度的变化。电容式MEMS加速度计原理如图1所示。……