2.3接口電路的溫漂特性

　　根據(jù)半導(dǎo)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(duì)應(yīng)的閾值電壓值。從而知道閾值電壓的絕對(duì)值隨溫度的升高而減小，又已知輸出頻率受工藝波動(dòng)成正比關(guān)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(jìn)一步驗(yàn)證。

　　3設(shè)計(jì)和模擬結(jié)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(duì)圖1檢測電路分別進(jìn)行了仿真和測試。觀察圖6、圖7可以發(fā)現(xiàn)：輸出頻率與溫度近似成反比關(guān)系，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述對(duì)溫漂特性分析結(jié)論的正確性；差頻后的溫度系數(shù)大約為14 Hz／℃，對(duì)于靈敏度為46 fF／hPa的氣壓傳感器，相對(duì)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(shù)據(jù)曲線與仿真的數(shù)據(jù)曲線有一個(gè)距離，這是與電流源在實(shí)際工作中的電流值偏小有關(guān)，但并不影響整體電路輸出結(jié)果的檢測；測試曲線的斜率絕對(duì)值大于仿真曲線斜率絕對(duì)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(shí)際測試中溫度變化引起的工藝參數(shù)和器件參數(shù)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(shù)據(jù)。這可以在后續(xù)工作中通過考慮封裝提高可靠性。結(jié)果表明，差頻結(jié)構(gòu)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(nèi)。

　　本電路的目的是為本實(shí)驗(yàn)室新一代傳感器提供一個(gè)讀出接口。通過前期對(duì)傳感器的準(zhǔn)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(jí)輸出頻率大于參考頻率并滿足2fd／3

　　4 結(jié)束語

　　通過SPICE仿真，可以看出，改進(jìn)后的電路結(jié)構(gòu)滿足了提出的各項(xiàng)目標(biāo)。由于該電路是用頻率的變化反映敏感電容的變化，具有準(zhǔn)數(shù)字輸出的特點(diǎn)，只要用一個(gè)計(jì)數(shù)功能的單片機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集。

　　工藝的波動(dòng)會(huì)對(duì)電路的電容-頻率轉(zhuǎn)換特性產(chǎn)生影響，從而引起流片結(jié)果個(gè)體間的差異。因此，必須對(duì)每個(gè)傳感器分別定標(biāo)，這樣，工藝的波動(dòng)才不會(huì)使單個(gè)傳感器產(chǎn)生偏差。