基于CMOS工艺的电容型体硅微陀螺接口电路设计

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随着时代和科技的进步,越来越多智能化的高科技产品进入了我们的生活,微机械陀螺仪也以其独特的性能和优势,越来越多的集成到了各类民用电子产品中,如日常生活中的智能手机、平板电脑等,被大众了解。同时,微机械陀螺仪也广泛的应用于汽车、航空航天、军事、医疗等高科技领域,需求量不断增长,但是由于国内在这方面研究起步较晚,技术差距较大,大部分采用国外公司产品,因此设计具有自主知识产权的微机械陀螺仪具有重要意义。   微机械陀螺主要由微机械和接口电路两大部分组成,微机械部分跟随角速度变化产生一个正比于角速度的变化量,接口电路感应微机械变化量,并通过处理电路将机械变化量转化为可传输检测的电信号。微机械陀螺的性能受到微机械部分工艺制程及接口电路性能的影响,由于从微机械工艺制程方面提升性能成本较高、难度较大,因此提升接口电路性能成为提升整个陀螺系统性能的关键。本课题主要研究针对电容型微机械陀螺仪的接口电路设计。本文首先从电路系统层面出发,对整体接口电路进行了系统性分析介绍,然后针对具体的各个电路模块进行了详细的指标及设计过程分析,同时整理了针对开关电容电路的仿真方法,最后给出了接口电路版图及后仿真结果。本微机械陀螺仪要求达到接口电路最小检测精度1aF的设计难度。   本课题采用Chartered0.35μmCMOS工艺,所设计的接口电路主要包括敏感电荷放大器、主放大器、解调滤波处理电路等,采用开关电容电路结构加以实现。系统中通过采用相关双采样和底板采样技术实现了低噪声设计,并且基于功耗最优原则对各电路模块进行了优化分析和设计。后仿真结果显示,芯片可以在2~6kHz驱动频率下工作,整体增益为5.87mV/fF,分辨率为0.87aF,芯片面积为1.62mm×1.61mm,达到了指标设计要求。
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