利用差頻電路實現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

　　根據半導體理論，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設計和模擬結果

　　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：輸出頻率與溫度近似成反比關系，進一步驗證了上述對溫漂特性分析結論的正確性；差頻后的溫度系數大約為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；差頻前的測試數據曲線與仿真的數據曲線有一個距離，這是與電流源在實際工作中的電流值偏小有關，但并不影響整體電路輸出結果的檢測；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和器件參數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據。這可以在后續(xù)工作中通過考慮封裝提高可靠性。結果表明，差頻結構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。

　　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 結束語

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

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