南理工MEMS傳感器研究達zui高水平
發布日期：2015-10-15 瀏覽次數 ：1023
【導讀】近日，南京理工大學蘇巖團隊在JSSC上發表了關于微電子機械系統（MEMS）的研究成果。該成果大大提高傳感器的穩定性（精度），其性能已達到已知zui高水平。這是南京理工大學次以一作者單位在JSSC上發表論文, 同時也是次在該期刊上發表物理傳感器方面的文章。自2004年清華大學在JSSC發表一篇論文以來，迄今大陸地區僅有清華大學、復旦大學、中科院等少數幾家單位在該期刊上發表過21篇論文。
慣性傳感器是檢測和測量加速度、傾斜、沖擊、振動、旋轉和多自由度（DoF）運動的傳感器。采用MEMS工藝制造的慣性傳感器通常只有幾毫米甚至更小；而專用集成電路（ASIC）則可以將成千上萬的晶體管電路集成于一塊芯片，同樣具有尺寸小的特點。兩者都可大批量生產，成本低。
論文闡述了個零偏不穩定性小于1μg的MEMS諧振梁加速度計的專用信號處理電路，該電路采用一種積分器級聯微分器結構的跨阻式前置放大器，解決了傳統跨阻式放大器設計中增益帶寬積與噪聲間的制約關系，實現了6.6fA/√Hz的輸入電流噪聲，為已報道過的應用于MEMS領域跨阻放大器的zui低值。采用該電路構成的芯片式MEMS諧振梁加速度計實現了±20g的量程，0.6μg的零偏不穩定性，1.5V低電壓供電，3.5mW的低功耗。專用集成電路技術可以使傳感器的信號檢測、處理和控制電路芯片化、微小型化、低功耗和低成本，促使傳感器降低功耗、降低成本、減小體積、批量制造。該類型加速度計在軍用及民用導航領域中具有廣闊的應用前景。
因此，專用集成電路技術和MEMS技術將大地降低慣性傳感器的成本、體積和功耗，使得該類型傳感器可廣泛應用于消費電子類產品中。此外采用高性能ASIC后，還可降低環境因素及寄生參數對傳感器性能的影響，大幅提升MEMS慣性傳感器的精度，使該類型傳感器可以在導航制導領域得到應用。諧振式MEMS加速度計則實現了機械敏感結構與ASIC的對接，該傳感器實現了小于1微克的零偏不穩定性，為已報道的zui高性能。
該傳感器適用于船舶、潛艇等導航系統中，也可應用于無人機導航、可穿戴個人室內導航設備以及汽車穩定系統、安全氣囊、游戲手柄、智能手機中。
MEMS團隊負責人蘇巖教授介紹說，研究團隊與新加坡國立大學的許永平教授在MEMS傳感器CMOS專用集成電路方面開展了長期的、富有成效的合作研究。論文一和第二作者趙陽、趙健同學受團隊委派于2012年至2014年期間赴新加坡國立大學進行聯合培養，開展MEMS諧振梁加速度計CMOS專用集成電路的研究。研究成果發表于JSSC，彰顯了南京理工大學在MEMS傳感器專用集成電路設計方面取得了突破性進展，具備了較高的研究水平和能力，提升了學校的知名度。
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