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近日，南京理工大學(xué)蘇巖團(tuán)隊(duì)在JSSC上發(fā)表了關(guān)于微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的研究成果。該成果大大提高傳感器的穩(wěn)定性（精度），其性能已達(dá)到國(guó)際已知最高水平。這是南京理工大學(xué)首次以第一作者單位在JSSC上發(fā)表論文,同時(shí)也是國(guó)內(nèi)首次在該期刊上發(fā)表物理傳感器方面的文章。自2004年清華大學(xué)在JSSC發(fā)表第一篇論文以來(lái)，迄今中國(guó)大陸地區(qū)僅有清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中科院等少數(shù)幾家單位在該期刊上發(fā)表過(guò)21篇論文。

慣性傳感器是檢測(cè)和測(cè)量加速度、傾斜、沖擊、振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和多自由度（DoF）運(yùn)動(dòng)的傳感器。采用MEMS工藝制造的慣性傳感器通常只有幾毫米甚至更小；而專用集成電路（ASIC）則可以將成千上萬(wàn)的晶體管電路集成于一塊芯片，同樣具有尺寸小的特點(diǎn)。兩者都可大批量生產(chǎn)，成本極低。

論文闡述了首個(gè)零偏不穩(wěn)定性小于1μg的MEMS諧振梁加速度計(jì)的專用信號(hào)處理電路，該電路采用一種新型積分器級(jí)聯(lián)微分器結(jié)構(gòu)的跨阻式前置放大器，解決了傳統(tǒng)跨阻式放大器設(shè)計(jì)中增益帶寬積與噪聲間的制約關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了6.6fA/√Hz的輸入電流噪聲，為已報(bào)道過(guò)的應(yīng)用于MEMS領(lǐng)域跨阻放大器的最低值。采用該電路構(gòu)成的芯片式MEMS諧振梁加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)了±20g的量程，0.6μg的零偏不穩(wěn)定性，1.5V低電壓供電，3.5mW的極低功耗。專用集成電路技術(shù)可以使傳感器的信號(hào)檢測(cè)、處理和控制電路芯片化、微小型化、低功耗和低成本，促使傳感器降低功耗、降低成本、減小體積、批量制造。該類型加速度計(jì)在軍用及民用導(dǎo)航領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。

因此，專用集成電路技術(shù)和MEMS技術(shù)將極大地降低慣性傳感器的成本、體積和功耗，使得該類型傳感器可廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子類產(chǎn)品中。此外采用高性能ASIC后，還可降低環(huán)境因素及寄生參數(shù)對(duì)傳感器性能的影響，大幅提升MEMS慣性傳感器的精度，使該類型傳感器可以在高精度導(dǎo)航制導(dǎo)領(lǐng)域得到應(yīng)用。諧振式MEMS加速度計(jì)則實(shí)現(xiàn)了機(jī)械敏感結(jié)構(gòu)與ASIC的對(duì)接，該傳感器實(shí)現(xiàn)了小于1微克的零偏不穩(wěn)定性，為已報(bào)道的最高性能。

該傳感器適用于船舶、潛艇等高精度導(dǎo)航系統(tǒng)中，也可應(yīng)用于無(wú)人機(jī)導(dǎo)航、可穿戴個(gè)人室內(nèi)導(dǎo)航設(shè)備以及汽車穩(wěn)定系統(tǒng)、安全氣囊、游戲手柄、智能手機(jī)中。

MEMS團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人蘇巖教授介紹說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)與新加坡國(guó)立大學(xué)的許永平教授在MEMS傳感器CMOS專用集成電路方面開展了長(zhǎng)期的、富有成效的合作研究。論文第一和第二作者趙陽(yáng)、趙健同學(xué)受團(tuán)隊(duì)委派于2012年至2014年期間赴新加坡國(guó)立大學(xué)進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，開展MEMS諧振梁加速度計(jì)CMOS專用集成電路的研究。研究成果發(fā)表于JSSC，彰顯了南京理工大學(xué)在MEMS傳感器專用集成電路設(shè)計(jì)方面取得了突破性進(jìn)展，具備了較高的研究水平和能力，提升了學(xué)校的國(guó)際知名度。