CMOS MEMS加速度計(jì)研究及低噪聲檢測(cè)電路集成設(shè)計(jì).pdf

1、MEMS電容式加速度計(jì)具有功耗低、體積小、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，類型主要有：體硅加速度計(jì)，表面多晶硅加速度計(jì)和CMOS MEMS加速度計(jì)等。其中CMOSMEMS加速度計(jì)因具有其易于實(shí)現(xiàn)單片集成、易于降低加工成本和互連寄生參數(shù)等優(yōu)勢(shì)，成為最具市場(chǎng)前景的加速度計(jì)產(chǎn)品。但是CMOS MEMS加速度計(jì)存在電容靈敏度低、結(jié)構(gòu)失調(diào)、性能參數(shù)漂移等問題，這使其檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為巨大的挑戰(zhàn)。
　　 本文設(shè)計(jì)了一款能檢測(cè)10-4-10-3fF量級(jí)電容變化

2、的低噪聲開環(huán)結(jié)構(gòu)檢測(cè)電路。首先，建立了用于系統(tǒng)仿真的CMOS MEMS加速度計(jì)的行為級(jí)模型。之后，通過分析檢測(cè)端存在的主要噪聲源，提出了檢測(cè)端電容匹配設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)噪聲最小化。本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)電路采用連續(xù)時(shí)間電壓模式電容檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)，運(yùn)用斬波穩(wěn)定技術(shù)降低器件噪聲、消除電路失調(diào)。檢測(cè)電路的核心是一個(gè)兩級(jí)三輸入差動(dòng)差分放大器(DDA)，其中第一級(jí)作為緩沖級(jí)，用于實(shí)現(xiàn)噪聲優(yōu)化；第二級(jí)是主增益級(jí)，用于提供增益和帶寬。該放大器通過兩個(gè)輔助輸入端來實(shí)現(xiàn)直

3、流/交流失調(diào)補(bǔ)償。為了穩(wěn)定DDA放大器在開環(huán)結(jié)構(gòu)下輸入端的直流偏置，本文設(shè)計(jì)中將一周期性重置電路連接到檢測(cè)電路檢測(cè)端。
　　 最后，本文采用華潤(rùn)上華0.5um CMOS數(shù)模混合工藝，完成了電容靈敏度僅為0.1fF×4/g的CMU CMOS MEMS加速度計(jì)開環(huán)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，并結(jié)合加速度計(jì)行為級(jí)模型對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果顯示在調(diào)制信號(hào)幅值為0.1v時(shí)，系統(tǒng)能檢測(cè)10-3fF量級(jí)的電容，相應(yīng)的總檢測(cè)靈敏度為205mV/g，分