低噪声电压参考源的设计及系统集成实现

发布时间：2020-02-20 05:45

【摘要】：随着微机械系统的日益发展,MEMS(Micro Electro Mechanical System)加速度传感器以其特有的性能优势应用非常广泛,其中在地震勘探、汽车安全、导航系统、虚拟现实等领域有着庞大的需求。电容式MEMS加速度传感器作为目前研究和应用最多的硅微加速度传感器也得以迅速发展。其主要组成部分为MEMS加速度传感器和伺服电路。然而由于潜在影响因素的限制,导致其灵敏度相对较低,所以为了充分发挥MEMS加速度计的各种优势,必须设计性能优良的微弱信号检测电路系统。电压基准是整个模拟模块正常工作的基石,其精度决定了所有电路模块的最大性能。在实际设计中,如何抑制低频段非理想因素(主要包括噪声)是亟待解决的关键问题之一,所以降噪技术的研究变得非常有意义。尽量减少非理想因素提高电压基准源的性能十分关键,从而设计和优化电压基准电路模块对于MEMS加速度计的整体性能至关重要。针对上述问题,本文采用斩波稳定技术,基于标准0.5-μm CMOS工艺,进行芯片设计与流片工作。主要从以下几个方面来对电压参考源进行研究:1)设计一款自调整电压源结构,其中包括级联结构的低噪声带隙基准源、折叠式共源共栅结构的正负参考电压电路以及两相非交叠时钟电路;2)从电路本身出发进行原理分析、手工计算等步骤,适当增大差分输入对管尺寸,并分析目前存在的降噪技术,综合对比考虑选择斩波稳定方法,将该技术应用于设计中以进行降噪处理;3)通过测试验证各项指标基本达到预期要求,降低了低频段的噪声,保证转角频率在3(?)左右,且低频段的噪声(3(?)处)接近-140dBV/(?)。该参考源芯片集成到整体伺服芯片中,改善了整体芯片的噪声性能,系统的本底噪声从-131dBg/(?)到-134 dBg/(?),降低了3 dBg/(?),最小噪声可达-140 dBg/(?)。
【图文】：

深层资源,量柱,单位

握石油勘探自主研发技术成为国家的重大战略目标。深层资源量柱状图如图 1.1所示。图1.1 深层资源量柱状图（单位/亿吨）一般而言，，为了保证识别和预测油气储集体分布的准确性，且考虑到深层储层地震信号的特殊性，即强干扰和弱信号，要求地震仪器具有大动态范围和高灵敏度，从而达到高保真地记录地震波场信息[6]。MEMS 数字检波器应运而生[7]，其核心部件包括三个部分：即 MEMS 加速度传感器芯片、伺服 ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)读出芯片及 DSP(Digital Signal Process)数字抽取滤波。对于特殊的应用，有效的地震频率通常集中在低频范围 1~3Hz[8]。地震谱的低端可用功率是衡量深部勘探特别重要的目标[9]。

瞬态分析,带隙基准

图3.6 tran瞬态分析由图 3.6 中的 tran 瞬态分析可知输出电压 Vbg为 1.329V，与之前的理论计 1.33V 十分接近。这说明设计的带隙基准电压源能正常工作，产生预期的输压值。2) 温漂系数
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN432;TP212

【参考文献】