随着半导体及MEMS技术的发展与成熟,消费类电子产品呈小型化、智能化趋势发展,对拾声单元要求也逐步提高。数字MEMS麦克风以其集成度高、成本低、抗干扰性强、稳定性高等特点正在逐步取代驻极体麦克风。本论文紧跟发展趋势,对数字MEMS麦克风读出技术进行了系统性研究,并重点关注影响麦克风精度的两个关键性指标。数字MEMS麦克风读出技术主要体现在三个方面:1.为MCM传感器提供偏置高压;2.读取并预放大传感器输出信号;3.完成模数转换实现数字输出。论文根据研究内容设计了一款高精度数字输出MEMS麦克风读出芯片,验证了研究内容,论述了设计中的考虑因素。本文研究工作如下:1.在麦克风读出技术中着重考虑了非线性指标,摒弃了传统读出电路中只重视噪声的方式。随着MCM灵敏度的提高,电路的非线性愈加严重,谐波失真对音质的影响力将和噪声一样。前置放大器采用高线性度结构,通过高负反馈系数稳定输入管三端间电压,5mV正弦输入谐波失真为0.001572%。2.带隙基准采用了低噪声结构,1kHz附近等效输出噪声为Hz248.1nV/;对前置放大器进行了噪声与线性度的折中,折中后的等效输入噪声在1kHz附近为(?)。3.电荷泵采用改进的四相时钟电荷泵,有效防止了电荷逆流,减小了输出电压纹波峰峰值,有效降低了MCM传感器因偏置电压不稳定而产生的噪声。4.采用四阶Sigma-delta ADC进行过采样与噪声整形,提高了SQNR;采用全前馈结构降低了电路非线性对信号的影响;采用一个内部反馈节点优化NTF(Z)零点,进一步降低了带内量化噪声。5.积分器中的OTA直流增益高达94dB,单位增益带宽高达109MHz,有效降低了非理想因素对Sigma-delta ADC的影响。读出电路采用Dongbu Hitek 0.18μm BCD工艺进行设计,使用Cadence IC和Matlab进行仿真验证,并进行版图布局设计。整体电路SINAD达到103.2dB,折合ENOB达到16.85Bit,满足高精度设计要求。