摘要：模拟电路的设计知识虽散, 设计人员需具备一定的实践经验，但也是有轨可寻。本文通过直流激励MEMS压力，尤其是交 直流激励MEMS差分电容振动加速度传感器的调理电路和模数转换电路的实现 二个典型电路，来阐述模拟电路的设计的一些方法、规律，抛砖引玉。

引言:

在20 世纪80 年代崛起的数字技术迅猛发展的光芒照耀下，模拟技术的进步，确显的蹒跚滞后。 但 现时随着科学技术的不断发展，人们对自然认识的“与时俱进”，在电子电路技术领域对模拟电子线 路的认识又重新进行了定位。

虽然今天的模拟电路的功能大部分可以用集成电路来实现，但至今仍有许多模拟电路不得不采用大 量的分离电路 或 混合电路来实现，特别是在大功率、高频、A/D、D/A 接口电路，而其中模拟电路的 难点应当首推为 微弱信号的调理电路和模数转换电路。成功的电路测控系统，要求传感器和模拟电路 有有机的阻抗匹配和能量匹配，系统要求电路平衡。

通常定义传感器是一种换能器， 严格来说, 传感器是一种接收信号或受激励 并以号响应的能 量转换器件。传感器将其它类型的能转换成电能，正是因为传感器有如此类型的特点, 传感器及其相关 的转换、 调理电路和模数转换电路可用来测量各种不同的物理量， 例如： 温度、力、压力、流量、 光强、物体加速度等。但是就传感器本身而言传感器不能独立工作，通常 它是和信号调理电路和各种 模拟信号电路或数字信号电路构成一个电路系统。

大多数传感器其满度输出都是相当小的微弱的信号,在进一步作模拟或数字处理之前,必须对它们 的输出进行适当的处理。据此, 便发展出了通常称之为的信号调理电路的一大类分枝电路。这类电路， 大至 分为放大、电平转换、电隔离、阻抗变换、线性变换和滤波电路等。 但是,不管采取哪种调理方 式, 调理电路的结构和性能都取决于传感器的电特性和输出。根据传感器的一种分类法,将传感器分为 有源和无源二类。一般而言,有源类传感器是指无需外部激励自身可以产生变化的电信号；无源类传感 器 则是指 需外部激励方可产生变化的电信号,且自身不能产生电信号。 激励又可分为 直流激励,交流 激励, 交直流混和激励 三种。

本文 根据上述传感器的分类,联系具体的MEMS 压阻式、MEMS 电容式传感器的应用。来谈一谈调理 电路和模数转换电路的实现的一些方法、规律。

传感器调理电路和模数转换电路的实现

1)直流激励MEMS 压力传感器调理电路和模数转换电路的实现

图一 是一个测量压力的电路原理图,选用的压力传感器是 目前时尚的微机械MEMS 压力传感器。 微机械MEMS 系统 传感器,是近些年来发展较快的一新科技领域，是以硅为基体,在此基础上发展 出 流量、压力、振动、角速度传感器系列等。MEMS 压力传感器采用惠斯通电桥可变电阻法, 一对惠斯 通桥臂电阻被光刻在硅悬臂梁的正反二面上, 当悬臂梁受外力胁迫变形时, 会对 这对惠斯通电桥臂电 阻产生一拉,一压的作用效果，这时，这对电桥臂电阻的阻值 就会发生变化。外力引起的变化调制成这 对电阻的阻值变化。硅 MEMS 压力传感器是一种无源传感器, 硅悬臂梁在压力作用下产生变形,从而引 起这对惠斯通桥臂电阻的阻值变化。在外加直流电压或电流的激励下,外加压力通过引起电阻的变化， 被调制成电信号的变化。

这对惠斯通电桥臂电阻采用光刻 蚀而成,一般在10K 左右。用MEMS 做成的压力传感器比应变片做成的压力传感，电阻值高，器灵敏度高,抗干扰性好，寿命长。

图一 是一个测量压力的电路原理图：

具体电路如图一所示,一级运 放 U1 采用增益可调平衡差动放大电路输入法，其目的是{zd0}限度的压制共模干扰,提高系统精度。