针对两种基于对称热电偶结构和基于晶体管的圆形加热条结构的二维集成风速风向微传感器及其风向测量的问题，设计了采用微控制器进行在线控制和利用软件算法实现风速风向测量的传感器系统。系统集微传感器结构、控制与测量电路于一体，显著提高了二维风速风向传感器的在线控制和测量能力及其系统兼容性，并且便于系统扩展功能。测试结果表明，风速计设计满足实际风速和风向的测量要求。

分析了阳极键合工艺的原理及其工艺条件对CMOS电路的影响,并通过理论分析和实验研究了单片集成MEMS中的两种阳极键合方法:对于玻璃在硅片上方的键合方式,通过在电路部分上方玻璃上腐蚀一定深度的腔及用氮化硅层保护电路可以在很大程度上减轻阳极键合工艺的影响;而玻璃在硅片下方的键合方式,硅片上的电路几乎不受阳极键合工艺的影响,两种方法各有优缺点.

一种适用于二维CMOS风速计的集成控制电路，是采用恒温差的控制模式，能同时测量风速和风向。在简单介绍了该风速计的测量原理之后。主要介绍了恒温差控制电路的电路指标。方案选择，并给出了电路结构。通过SPICE模拟并经24所制造和后续的测试,最后给出了流片的静态测试结果。从静态特性看能满足我们的测试要求，并为下一步的动态测试莫定了基础。

提出并试制了一种采用多晶硅横向二极管作为测温元件的CMOS兼容热风速计.该风速计的加热元件和测温元件均采用多晶硅技术制造,工艺与CMOS兼容.对横向多晶硅二极管的温度敏感特性调查发现,其正向电流随温度增加几乎呈线性增加,显示该多晶硅二极管具有负的电压温度系数.其值约为-1.8mV/K,非常接近单晶硅上PN结的电压温度系数-2mV/K.采用CMOS工艺试制了由8个横向多晶硅二极管组成的风速计结构,并实验测量了其风速和风向敏感特性.

介绍了一种二维硅热流量传感器,通过恒温差(CTD)控制模式,能同时测量风速和风向.使用四个串连的热堆测量芯片中心区域的平均温度,这种测温的方法非常简单新颖.在简单介绍CMOS硅热流量传感器的工作原理之后,主要介绍CTD驱动电路.经过风洞测试,该传感器能够测量风速0～23m/s,具有良好的线性度,并且360°方向敏感.

提出一种MEMS风速计的封装结构,采用这种结构可以集成信号处理电路,实现系统功能。利用ANSYS软件对封装结构进行建模,主要从风速和风向两个方面,对风速计封装前后的性能进行了模拟,并将模拟数据与理想数据和实验数据进行了比较,模拟数据、理想数据与理想数据的误差在7%以内。总体上,风速计在封装前后的性能大致相同,但是在灵敏度方面有所下降。

为了实现风速计良好的恒温差控制，控制回路中的放大器需要有大增益，但大增益又会引起自由振荡的问题，本文介绍了解决这种自由振荡问题的方案，即脉冲调制型恒温差控制电路的工作原理及设计．在实际应用中，这个电路的最大缺陷就是输出温漂较大，因此本文对该电路的温漂特性也进行了详细的测试，文章最后给出了结论．

介绍了一种单片集成电容式压力传感器接口电路，该电路基于电容一频率转化原理，并通过差频消除了温度变化和工艺波动对电路性能的影响。使用Pspice对接口电路的误差特性进行了分析，并依据仿真结果确定了电路的相关参数。最后给出电路的测试结果，测试结果与仿真结果一致，在80～110kPa量程内，接口电路的分辨率为3．77Hz／hPa。