Chương 4 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
4.3. Kết quả thực tế và mô phỏng của mạch điện
Hình 4.8: Hình ảnh MEMS thực tế
Trên cơ sở các kết quả phân tích với cả ba mô hình thiết kế đã thực hiện với bài toán cơ ở phần 3.1, mô hình thiết kế thứ 4 đã thể hiện có cấu trúc tối ưu nhất. Vì vậy, mô hình này đã được lựa chọn để tiếp tục thực hiện bài toán mô phỏng các đặc trưng điện thông qua phép phân tích đáp ứng tức thời (Transient analysis) sử dụng phần mềm Simulink trong Mattab. Đáp ứng tần số của mô hình thiết kế thứ 4 được chỉ ra trên hình 4.10 và 4.12. Linh kiện được kích hoạt với tần số 10453 Hz và biên độ dao động đạt khoảng 2m. Giá trị biên độ này cho thấy cấu trúc có độ cứng khá cao. Biên độ dao động cảm ứng lớn nhất khoảng 3,7 nm tương ứng biến đổi điện dung lối ra khoảng 2fF.
Hình 4.10: Đáp ứng tần số của mode dẫn động [1]
Hình 4.12: Đáp ứng tần số của mode cảm ứng [1]
Lối vào của bài toán là vận tốc góc dưới dạng một xung tín hiệu hình thang và đáp ứng tín hiệu lối ra sẽ là biến đổi điện dung. Giả định, vận tốc góc tăng dần từ 0 đến giá trị 0trong khoảng thời gian 6 ms, sau đó, được duy trì ở độ lớn này trong khoảng thời gian 15 ms, cuối cùng giảm dần về 0 cũng trong khoảng thời gian 6ms. Để xác định đáp ứng của gyroscope trong miền thời gian, phép phân tích tức thời đã được thực hiện. Tín hiệu vận tốc góc có độ trễ khoảng 0.605s. Để có được biên độ dao động dẫn động đạt giá trị cực đại, cần có thời gian trễ lớn.
Kết quả phân tích nhận được từ SIMULINK là đáp ứng thời gian tương ứng của cảm biến này, được trình bày trên hình 4.13.
Hình 4.13: Đáp ứng ra của mô hình 4
Giữa mode dẫn động và mode cảm ứng cần phải có sự chênh lệch trị số tần số. Đây cũng là một đặc trưng quan trọng của loại linh kiện này, gọi là độ rộng dải tần (bandwidth). Thông số này đạt giá trị khoảng 100 Hz, vừa vẫn thỏa mãn tiêu chí tách biệt về tần số giữa hai mode dao động dẫn động và cảm ứng, vừa đảm bảo tốc độ đáp ứng của linh kiện nhanh.