MEMS微加速度計讀出電路設(shè)計.pdf

1、MEMS微加速度計具有體積小，重量輕，分辨率高，溫度特性好等優(yōu)點，在汽車，慣性導(dǎo)航，空間微重力測量以及高精度勘探等等方面有著廣泛的應(yīng)用。但是微加速度計隨工藝的改變比較大，器件參數(shù)有很高的不確定性以及各種非線性；另外微加速度計的體積微小，輸出的電容變化信號非常微弱，一般都在10-15F左右，受集成工藝，寄生電容以及各種噪聲等的影響嚴重，這些都為MEMS微加速度計讀出電路的設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。
　　本文針對MEMS微加速度計的讀出電路結(jié)構(gòu)

2、進行了深入的研究，在綜合比較了各讀出電路結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)劣以后，本文設(shè)計了一種低噪聲高精度的差動式檢測讀出電路結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以很好的消除由于工藝失配問題而造成的偏差。
　　首先根據(jù)MEMS微加速度計的特點與結(jié)構(gòu)，建立了其動力學(xué)模型和電容模型，分析了外界加速度a和可動極板位移x以及電容變化量ΔC之間的關(guān)系。
　　針對寄生電容以及各種噪聲的影響，設(shè)計了一種低噪聲放大器，分析了電路噪聲及其產(chǎn)生機理，通過合理選擇運放結(jié)構(gòu)以及器件參數(shù)來

3、減小噪聲的影響，所設(shè)計的低噪聲放大器的輸入?yún)⒖紵嵩肼晝H為2.85nV/rtHz，總的輸入?yún)⒖荚肼暈?.78nV/rtHz，增益為79.8dB，相位裕度61degree，共模信號以及電源紋波所帶來的影響也得到了很好的抑制，具有良好的低噪聲性能；
　　設(shè)計的采樣解調(diào)電路是一種加入dummy管的開關(guān)電容電路，既消除了溝道電荷注入效應(yīng)，也有效抑制了時鐘饋通效應(yīng)；低通濾波電路是采用多路反饋電路來實現(xiàn)的Bessel二階開關(guān)電容濾波器，具有良好

4、的群時延特性，過渡帶很陡峭，易于集成；輸出緩沖電路可以削減讀出電路中所產(chǎn)生的波形尖峰。
　　基于0.35μm CMOS工藝，在5V電源電壓下對各個功能模塊以及整體電路進行仿真驗證，仿真結(jié)果表明本文設(shè)計的MEMS微加速度計讀出電路結(jié)構(gòu)滿足了低噪聲以及高精度的設(shè)計要求，讀出電路可測量加速度信號頻率范圍為0~20kHz，電容變化信號可放大100倍，且通過調(diào)整差動放大器周圍電容值的大小可以實現(xiàn)讀出電路放大倍數(shù)可調(diào)。
　　最后本文基于