利用差頻電路實現(xiàn)微電容式傳感器檢測電路的溫漂抑制

　　2.3接口電路的溫漂特性

　　根據(jù)半導(dǎo)體理論，MOS管閾值電壓可表示為：

　　分別將-40℃～60℃代入式(14)、式(15)，最終得到各溫度下對應(yīng)的閾值電壓值。從而知道閾值電壓的絕對值隨溫度的升高而減小，又已知輸出頻率受工藝波動成正比關(guān)系，由此推斷輸出頻率隨溫度升高而降低。這將在后面的仿真測試中得到進一步驗證。

　　3設(shè)計和模擬結(jié)果

　　作為傳感器的接口電路，希望在環(huán)境溫度變化的情況下可以得到穩(wěn)定的輸出頻率。在溫度變化范圍在-40℃～60℃、參考電容為14.5 pF的情況下，對圖1檢測電路分別進行了仿真和測試。觀察圖6、圖7可以發(fā)現(xiàn)：輸出頻率與溫度近似成反比關(guān)系，進一步驗證了上述對溫漂特性分析結(jié)論的正確性；差頻后的溫度系數(shù)大約為14 Hz／℃，對于靈敏度為46 fF／hPa的氣壓傳感器，相對于10.04：Hz／fF的靈敏度溫度的影響是可以忽略的；差頻前的測試數(shù)據(jù)曲線與仿真的數(shù)據(jù)曲線有一個距離，這是與電流源在實際工作中的電流值偏小有關(guān)，但并不影響整體電路輸出結(jié)果的檢測；測試曲線的斜率絕對值大于仿真曲線斜率絕對值，這是由于仿真中只考慮了溫度變化引起的閾值電壓變化，而實際測試中溫度變化引起的工藝參數(shù)和器件參數(shù)的變化以及搭建電路受到的測試環(huán)境的各種干擾都將影響測試的數(shù)據(jù)。這可以在后續(xù)工作中通過考慮封裝提高可靠性。結(jié)果表明，差頻結(jié)構(gòu)可濾去絕大部分影響，以至將溫度的影響完全抑制在精度的允許范圍內(nèi)。

　　本電路的目的是為本實驗室新一代傳感器提供一個讀出接口。通過前期對傳感器的準確測試，傳感器的基本電容約為10 pF，變化從7 pF到14 pF。該電路的參考電容值為14.5 pF，為了使傳感器一級輸出頻率大于參考頻率并滿足2fd／3

　　4 結(jié)束語

　　通過SPICE仿真，可以看出，改進后的電路結(jié)構(gòu)滿足了提出的各項目標(biāo)。由于該電路是用頻率的變化反映敏感電容的變化，具有準數(shù)字輸出的特點，只要用一個計數(shù)功能的單片機，即可實現(xiàn)信號的采集。

　　工藝的波動會對電路的電容-頻率轉(zhuǎn)換特性產(chǎn)生影響，從而引起流片結(jié)果個體間的差異。因此，必須對每個傳感器分別定標(biāo)，這樣，工藝的波動才不會使單個傳感器產(chǎn)生偏差。