宁波大学李翔宇博士、孔祥燕博士等与唐丹玲博士团队（南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）（GML）、广东省海洋遥感重点实验室（LORS）(中科院南海海洋研究所)合作研究，对应用于海洋地质勘探中高精度MEMS加速度传感器的研究取得重要进展，研制出了一种基于静电时间复用反馈技术和比例积分微分（PID）反馈控制技术的高精度加速度传感器闭环接口ASIC芯片。研究成果2020年12月在国际学术期刊Sensors上发表。

   我国拥有的海域包括渤海、黄河、东海、南海及台湾以东和以南海区，在这些海域中蕴藏着丰富的油气、矿物和生物资源。为了维护我国海洋主权以及开发海洋资源，急需发展海洋资源探测技术。磁电检波勘察一直是海洋地球物理调查的一个重要方法，地球是一个巨大的磁源，周围分布着十分微弱的磁场（大约50μT），地磁场和地球的方位之间存在着对应关系，导磁性物体可以改变周围地磁场的分布而产生磁异常信号，如果能准确获取这个磁异常信号，就可以准确地捕获该目标物体的位置、大小等信息。在现有的磁电检波器中，动态范围小（小于60dB）、矢量保真度低（轴间串扰大于40%）、灵敏度误差大等固有缺点始终无法克服，因此直接影响到地质数据采集的质量，成为制约地球物理方法解决复杂地质目标的瓶颈，急需新型传感器提高勘探地下地质构造的能力。使用以高性能MEMS加速度传感器为核心的地质勘探检波器，探测的深度更深，区分薄层的能力更强，能满足石油勘探界提出的高分辨率、高保真、高精度勘探的需求。

   该项工作研制了一款高性能MEMS加速度传感器及其接口ASIC芯片，开展了应用于地质勘探的高性能闭环MEMS电容式加速度传感器相关研究。根据检波器用MEMS加速度计的性能参数和输出信号的特点，设计并实现了一种基于静电时间复用反馈技术和比例积分微分（PID）反馈控制技术的高精度闭环接口ASIC芯片。接口电路由低噪声电荷灵敏放大器（CSA）、采样保持电路和PID反馈电路组成。本工作对接口电路的噪声特性进行了分析和优化，提出了一种电容补偿阵列消除敏感元件失调的方法；采用相关双采样（CDS）技术消除接口电路的低频噪声和失调。采用标准0.35μm CMOS工艺制作了版图设计和工程批量芯片。芯片的有效面积为3.2mm×3mm,测试了MEMS加速度计系统的性能：在5V电源下，功耗为7.7mW，噪声密度小于0.5μg/Hz1/2。同时，该加速度计的灵敏度为1.2V/g，量程为±1.2g，非线性度为0.15%，偏置稳定性约为50μg。

Figure 13. The nonlinearity test of closed-loop micro-accelerometers

   该项研究获得广东省海洋遥感重点实验室LORS (2017B030301005)开放基金http://lors.scsio.ac.cn/，广东省重大人才工程项目U团队（2019BT02H594）http://www.lingzis.com/网站/index.html，广州海洋实验室人才团队引进重大专项GML2019ZD0602等联合资助。

  论文PDF，见 #164, http://www.lingzis.com/journal%20article.htm

论文第一作者：李翔宇博士

文字 翔宇

美编 小韦