一种多功能集成化的MEMS传感器系统技术方案

本发明专利技术属于射频微机电系统传感器技术领域，具体提供一种多功能集成化的MEMS传感器系统，用以实现基于单一传感器的磁场与温度测量。本发明专利技术采用角拍动方形谐振器同时作为磁场传感器与温度传感器，并匹配设计切换电路与后端处理电路，共同构成多功能集成化的MEMS传感器系统；切换电路采用两个二极管与门构成，通过对两个二极管与门的输出进行高、低电平的控制，实现磁场传感电路与温度传感电路的相互切换；并且，磁场与温度传感电路中共用由跨阻放大器、二阶RC滤波网络、电压跟随器及单片机中控模块构成的后端处理电路；综上，本发明专利技术能够基于单一传感器实现磁场与温度的同时测量，且具有低功耗、小体积、多功能、稳定性强的优点。稳定性强的优点。稳定性强的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能集成化的MEMS传感器系统


[0001]本专利技术属于射频微机电系统传感器
，具体提供一种基于微机电技术的多功能集成化的多功能传感器系统。

技术介绍

[0002]微机电系统(Micro
‑
Eletro
‑
Mechanical Systems,MEMS)是一种将微型机械结构与电路集成的器件和系统，具有小型化、轻量化以及高度集成化的特点，广泛应用于航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子等领域。MEMS谐振器是MEMS技术在射频领域的关键应用，与传统石英晶体谐振器相比，MEMS谐振器具有重量轻、功耗低、体积小以及能够与COMS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺兼容等优点。
[0003]随着科学技术的发展，越来越多的领域需要完整而准确的反应多个物理量，多功能集成化传感器成为了传感器领域的一个重要研究方向；微机电系统可以在单个芯片上集成多个传感单元使得该技术成为了未来传感器发展的主流趋势。微机电传感器按照机电换能的方式可分为电容式换能、压阻式换能和压电式换能等；按照输出信号类型可以分为幅度信号输出和频率信号输出；压电式换能的换能效率高，能够显著降低整体电路的功耗，减小信号处理电路的设计难度。目前研究较多的压电谐振器主要有声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave) 谐振器和体声波(BAW，Bulk Acoustic Wave)谐振器两类。SAW谐振器具有高稳定性、小尺寸、低成本、工艺成熟等优点，而且能够在单片上加工多种频率；但是，由于SAW相速度低和光刻技术的局限性，使得SAW谐振器的工作频率较低；此外，品质因数(Q)较低、加工工艺与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺不兼容也是SAW器件的缺点。BAW谐振器是在器件内部传播，通常具有更高的相速度，因此相比于SAW谐振器，BAW谐振器具有更高的工作频率和更高的品质因素Q；但是，BAW谐振器的工作频率是由压电薄膜的厚度决定的，难以在单片上实现多种频率。
[0004]在此基础上，申请人发现在军事、智能检测、车辆导航、物联网等领域，总是需要进行磁场、温度物理量的同时测量，并且要求传感器具有微型化、集成化、多功能等特点；针对此需求，本专利技术提供一种多功能集成化的MEMS传感器系统，用以实现基于单一传感器的磁场与温度物理量测量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种多功能集成化的MEMS传感器系统，采用角拍动方形谐振器 (Corner
‑
Flapping Square Plate Topology LFM)同时作为磁场(磁感应强度)传感器与温度传感器，通过两个二极管与门6构成的切换电路实现磁场传感电路与温度传感电路的切换，最终实现基于单一传感器的磁场与温度物理量的同时测量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种多功能集成化的MEMS传感器系统，包括：多功能谐振式传感器1、跨阻放大器2、二阶RC滤波网络3、电压跟随器4、文氏电桥振荡电路5、第一二极管与门6、第二二极管与
门7及单片机中控模块8；其特征在于，
[0008]所述多功能谐振式传感器采用角拍动方形谐振器(Corner
‑
Flapping Square Plate Topology LFM)，其电极结构包括：上输出电极盘1
‑
1与下输出电极盘1
‑
2构成的一对输出电极、第一上输入电极盘1
‑
3与第二上输入电极盘1
‑
4构成的一对上输入电极、第一下输入电极盘1
‑
5与第二下输入电极盘1
‑
6构成的一对下输入电极、以及接地电极盘1
‑
7，所述第一上输入电极盘 1
‑
3与第一下输入电极盘1
‑
5之间通过左侧环路导线1
‑
8导通，所述第二上输入电极盘1
‑
4与第二下输入电极盘1
‑
6之间通过右侧环路导线1
‑
9导通；
[0009]所述跨阻放大器2、二阶RC滤波网络3、电压跟随器4依次串联，跨阻放大器1的反相输入端连接多功能谐振式传感器的上输出电极盘1
‑
1，电压跟随器4连接多功能谐振式传感器的下输出电极盘1
‑
2与单片机中控模块8；所述文氏电桥振荡电路5的输出端连接多功能谐振式传感器的下输入电极；所述第一二极管与门6与第二二极管与门7构成切换电路，第一二极管与门6的输入端与第二二极管与门7的输入端分别连接单片机中控模块的IO接口、且第一二极管与门输入低电平时第二二极管与门输入高电平、第一二极管与门输入高电平时第二二极管与门输入低电平，第一二极管与门6的输出端连接文氏电桥振荡电路5的输出端，第二二极管与门7的输出端连接多功能谐振式传感器的下输出电极盘1
‑
2。
[0010]进一步的，所述单片机中控模块包括：IO接口、波形转换模块、分频电路、频率测量模块、检波电路、AD转换模块、幅度测量模块及数据显示模块，所述波形转换模块、分频电路、频率测量模块依次连接构成温度测量支路，所述检波电路、AD转换模块、幅度测量模块依次连接构成磁感应强度测量支路，温度测量支路与磁感应强度测量支路的测量结果通过数据显示模块显示。
[0011]进一步的，所述多功能集成化的MEMS传感器系统进行磁感应强度测量时，第一二极管与门6由单片机中控模块的IO接口输入低电平、第二二极管与门7由单片机中控模块的IO 接口输入高电平，文氏电桥振荡电路5的输出信号作为激励信号输入至多功能谐振式传感器的下输入电极，激励信号分别通过左侧环路导线1
‑
8与右侧环路导线1
‑
9到达上输入电极后通过接地电极盘1
‑
7到地(跳线连接)，多功能谐振式传感器在激励信号作用下产生谐振信号、并由上输出电极盘1
‑
1输出，谐振信号依次经过跨阻放大器2、二阶RC滤波网络3、电压跟随器4后输入至单片机中控模块8。
[0012]进一步的，所述多功能集成化的MEMS传感器系统进行温度测量时，第一二极管与门6 输入高电平、第二二极管与门7输入低电平，多功能谐振式传感器1、跨阻放大器2、二阶RC 滤波网络3与电压跟随器4构成闭环振荡器，电压跟随器4的输出端输出闭环振荡器的振荡信号至单片机中控模块8。
[0013]本专利技术的有益效果在于：
[0014]本专利技术提供一种多功能集成化的MEMS传感器系统，创新的将现有磁场(磁感应强度) 传感器的角拍动方形谐振器(Corner
‑
Flapping Square Plate Topology LFM)作为多功能谐振式传感器、同时作为磁场传感器与温度传感器，并且，匹配设计切换电路与后端处理电路，共同构成多功能集成化的MEMS传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能集成化的MEMS传感器系统，包括：多功能谐振式传感器(1)、跨阻放大器(2)、二阶RC滤波网络(3)、电压跟随器(4)、文氏电桥振荡电路(5)、第一二极管与门(6)、第二二极管与门(7)及单片机中控模块(8)；其特征在于，所述多功能谐振式传感器采用角拍动方形谐振器，其电极结构包括：上输出电极盘(1
‑
1)与下输出电极盘(1
‑
2)构成的一对输出电极、第一上输入电极盘(1
‑
3)与第二上输入电极盘(1
‑
4)构成的一对上输入电极、第一下输入电极盘(1
‑
5)与第二下输入电极盘(1
‑
6)构成的一对下输入电极、以及接地电极盘(1
‑
7)，所述第一上输入电极盘(1
‑
3)与第一下输入电极盘(1
‑
5)之间通过左侧环路导线(1
‑
8)导通，所述第二上输入电极盘(1
‑
4)与第二下输入电极盘(1
‑
6)之间通过右侧环路导线(1
‑
9)导通；所述跨阻放大器(2)、二阶RC滤波网络(3)、电压跟随器(4)依次串联，跨阻放大器(1)的反相输入端连接多功能谐振式传感器的上输出电极盘(1
‑
1)，电压跟随器(4)连接多功能谐振式传感器的下输出电极盘(1
‑
2)与单片机中控模块(8)；所述文氏电桥振荡电路(5)的输出端连接多功能谐振式传感器的下输入电极；所述第一二极管与门(6)与第二二极管与门(7)构成切换电路，第一二极管与门的输入端与第二二极管与门的输入端分别连接单片机中控模块的IO接口、且第一二极管与门输入低电平时第二二极管与门输入高电平、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂程，武颖杰，乔琳倩，吕秀梅，张自强，张晓升，
申请(专利权)人：北京新风航天装备有限公司，
类型：发明
国别省市：