【摘 要】
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MEMS电容式加速度传感器检测电路的功能是将传感器的电容变化信号转换为电压或者电流等电学信号,以便进行后续的信号处理。作为加速度计的重要组成部分,尤其是在高性能加速度计
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MEMS电容式加速度传感器检测电路的功能是将传感器的电容变化信号转换为电压或者电流等电学信号,以便进行后续的信号处理。作为加速度计的重要组成部分,尤其是在高性能加速度计产品中,检测电路贡献了绝大多数的噪声,直接限制了加速度计的检测精度。因此研究电容检测电路的低噪声设计具有非常重要的意义。 本文旨在对MEMS电容式加速度传感器的低噪声检测电路进行研究,首先对电路中的噪声来源进行分析,研究电路的降噪技术;然后对MEMS电容式加速度传感器的模型进行分析,对现有的检测方法和检测电路进行详细的分析和对比;最后将针对一个梳齿结构的MEMS电容式加速度传感器设计一款低噪声检测电路接口芯片,要求等效到输入端的电路噪底小于22μg/√Hz。 论文采用斩波稳定技术降低电容检测电路的闪烁噪声,采用开关偏置为连续时间检测电路提供稳定的静态工作点,增加解调时钟延时以减小不同步解调引入的信号衰减。为了验证论文所提出的设计方法,在完成电路原理图设计和版图设计之后,芯片于2012年4月在台湾积体电路制造股份有限公司(TSMC)0.35μm标准CMOS工艺下成功流片。测试结果表明,所设计的电容检测电路的功耗为1.7mA,电路输出噪底为634nV/√Hz,等效到加速度计输入端噪底为0.79μg/√Hz,达到了预先的设计要求。 论文的研究成果对于电容检测电路的低噪声设计具有很好的参考价值,虽然所设计的检测电路是针对一款梳齿结构的MEMS电容式加速度传感器的,但是设计方法和电路本身也适用于其他的电容式传感器,如电容式陀螺仪、电容式压力传感器和三明治结构的MEMS电容式加速度传感器等。
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