MEMS熱式風速傳感器功耗控制與溫漂補償算法研究.pdf

1、隨著半導體工業(yè)的蓬勃發(fā)展，功能強大且全面的智能電子設備逐漸走入了人們生活當中，而MEMS傳感器在其中扮演了舉足輕重的角色，用MEMS技術制造的各種傳感器可以為人們提供豐富多樣的實時信息，為人們生活帶來極大的便利。由于風速風向信息作為氣象監(jiān)測、工業(yè)制造、農業(yè)生產以及日常生活中必不可少的關鍵信息，對風速風向傳感器進行研究就顯得意義重大。
　　本文介紹了一種以陶瓷材料進行封裝的二維MEMS熱式風速風向傳感器，采用MEMS工藝進行制備，該

2、傳感器以恒溫差作為工作模式、熱溫差作為風速檢測方式。但是由于該傳感器整體功耗偏高且輸出具有溫漂效應，所以本文主要從軟件算法的角度對傳感器系統(tǒng)進行功耗控制和溫漂補償
　　的研究。經過研究與測試，得到了功耗較低、輸出基本沒有溫漂的MEMS熱式風速風向傳感器。傳感器的風速測量范圍為0-30m/s，測量精度在0.5m/s±3％;風向測量范圍在0-360°，測量誤差小于±5°，并且初始功耗為239.47mW，相比原來下降26.1％;顯示風速

3、在0-35℃范圍內誤差在±6％以內。
　　本文主要內容為:
　　首先分析測試了實驗室基于陶瓷封裝的風速傳感器原來的恒溫差控制電路，發(fā)現(xiàn)功耗偏高，為此提出了一種用軟件算法的方式模擬硬件功能，并利用MCU的I/O端口輸出可編程的PWM波形，使傳感器的加熱電壓從準直流變?yōu)槊}沖信號，這樣不但可以使傳感器在不同風速下維持在恒溫差工作模式，還可以降低系統(tǒng)功耗。經過實際測試，傳感器的系統(tǒng)功耗平均下降10.2％，且風速與風向精度均能達到要求

4、。
　　其次本文對傳感器的硬件電路與軟件系統(tǒng)進行了功耗測試，發(fā)現(xiàn)MCU占據了除傳感器芯片外的大部分功耗，且經過測試發(fā)現(xiàn)MCU大部分功耗被內核所占用，所以本文提出了一種MCU降頻算法，通過降低MCU內核系統(tǒng)時鐘頻率，并且編程調整MCU內各個模塊的時鐘使其性能維持不變。最終成功將MCU的功耗降低了67％，結合脈沖加熱反饋算法將傳感器系統(tǒng)的初始功耗下降了26.1％。
　　最后本文針對傳感器的輸出溫漂問題，進行了研究。通過實驗測試發(fā)