为解释电容式微加速度计闭环系统零点不惟一的特殊现象,对其力学模型和电路特性进行理论分析,推导了闭环输出、零偏、零偏重复性、检测盲区宽度等公式,建立新的静平衡模型.通过零偏与预载的关系实验,定量分析了零偏不重合度、零偏重复性等,并对实验数据进行误差分析.该静平衡模型揭示了动齿的运动规律,证明检测盲区宽度和零偏重复性成正比,成功解释了两个零点问题.指出提高零偏重复性指标的方法,对于微机械结构的设计、预载的选择也具有指导意义.

以一个电容式微加速度计为设计实例来介绍了基于IP库MEMS设计的流程,其中主要包括四个部分：原理分析,结构设计,工艺流程和版图设计,封装及电路测试。首先根据需求设计出加速度计的基本结构;然后对该结构进行工艺流程和版图的设计;并利用虚拟工艺来进行仿真和可加工性验证;得到的三维结构通过接口导出到FEM中进行数值分析;接着将数值分析的结果进行基于FEM的运动学建模;求解得到的运动规律,以宏模型的形式存入IP库中;与此同时,利用虚拟运行进行可视化行为级的仿真。

噪声是以微弱信号处理为特征的电容式微加速度计性能提高的主要制约因素。针对电容式微加速度计的噪声,详细分析和研究了其特性。首先分析了电容式微加速度计的系统噪声由机械热噪声和电路噪声两部分组成;采用热力学均分理论和集成电路噪声特性分别对机械热噪声和电路噪声进行建模、分析和计算,得到了机械热噪声等效噪声加速度和各级电路的噪声值。然后用自行设计的微加速度计表头和接口电路进行试验,实验结果验证了噪声模型的正确性,确认了电容式微加速度计电容检测电路—电荷放大器是最主要的噪声源。

微硅电容式加速度计是目前微硅加速度传感器发展的主流，本文在硅一玻璃阳极键合工艺同深槽刻蚀工艺相结合的加工技术基础之上设计了一种电容式微加速度计，该结构将两种改变平行板电容量的方式有效的结合在一起，提高了结构的灵敏度并具有较好的线性度．最后，对所设计的结构进行了工艺仿真，通过虚拟工艺仿真结果与设计进行比较，论证了结构的基本可行性．