基于MS3110电容读取芯片的MEMS加速度计

第18卷第2期 中国惯性技术学报 Vol.18 No.2 2010年4月 Journal of Chinese Inertial Technology Apr. 2010 文章编号：1005-6734(2010)02-0236-04

基于MS3110电容读取芯片的MEMS加速度计

刘民杰，刘云峰，董景新，赵常德

（清华大学 精密仪器与机械学系 精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084）

摘要：介绍了通用电容读取芯片MS3110的内部结构、基本原理及其使用方法，提出了采用单片机实现片内EEPROM编程的方法，并给出了读写控制框图。以梳齿式硅微传感器为敏感元件，采用滞后比例积分调节器，基于MS3110通用电容读取芯片设计了一种MEMS力平衡闭环加速度计。实验结果表明：设计的MEMS加速度计能够闭环正常工作并取得了一定的性能。

关 键 词：MEMS加速度计；通用电容读取芯片；MS3110；闭环系统 中图分类号：U666.1

文献标志码：A

MEMS accelerometer based on capacitive readout IC MS3110

LIU Min-jie, LIU Yun-feng, DONG Jing-xin, ZHAO Chang-de

(State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instruments

and Mechanology, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Abstract: MS3110 is a universal capacitive readout (UCR) integrated circuit (IC). In this paper, its configuration, operating principle and usage are introduced. A method of programming the EEPROM on-chip with single chip microcomputer is presented with the chief writing and reading control block diagram. Based on the UCR IC, a new MEMS accelerometer with multi-finger micro-machined sensor is designed, in which force-rebalanced with lag proportional-integral controller is applied to implement the closed-loop system. The measurement result shows that this accelerometer can work under closed-loop condition and obtain improved performances.

Key words: MEMS accelerometer; universal capacitive readout IC (UCR IC); MS3110; closed-loop system

对于采用电容方式感应物理量变化的MEMS传感器来说，传感器所输出的信号非常微弱，这就对电容检测电路的分辨率提出了很高的要求，MEMS传感器设计中的关键问题之一就是电容读取电路的设计[1-2]。

本文将介绍一种通用电容读取芯片MS3110，它的使用很方便，功能强大，适用于高分辨电容读取接口的MEMS传感器[3-5]。本文将详细讲述这种芯片的使用方法，提出了采用单片机实现片上EEPROM编程的方法，并基于该芯片设计了一种MEMS加速度计。测试结果表明：加速度计能够闭环稳定工作并取得了一定的性能。

1 MS3110通用电容读取芯片

1.1 MS3110简介

MS3110芯片是美国Irvine传感器公司生产的一种通用电容读取芯片（Universal capacitive readout IC，UCR IC），具有超低噪声特点，可以读取低至4.0

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aF/Hz的电容变化，适用于高性能要求的电容式微

表1 MS3110主要性能参数

Tab.1 Main performances of MS3110

输入电容范围工作温度范围电容分辨率 补偿电容范围

250 fF～10 pF -40～80 ℃ 4 aF/Hz 1/2 20 fF@0~9.7 pF

工作带宽 500 Hz~8 kHz 输出电压 0.5 V～4 V 电源电压 +5 V或±2.5 V工作电流 2.9 mA

收稿日期：2009-11-18；修回日期：2010-03-15

基金项目：国家十一五预研基金资助项目（51308050208）

作者简介：刘民杰（1982—），男，博士生，从事微加速度计与ASIC电路研究。 E-mail：Liumj05@mails.thu.edu.cn 联 系 人：董景新（1948—），男，教授，博士生导师。 E-mail：dongjx@mail.tsinghua.edu.cn

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