数字自检测MEMS加速度计接口电路芯片设计
发布时间：2020-12-09 01:33
随着微电子机械系统（Micro-Electron Mechanical System,MEMS）传感器的飞速发展,其产品给我们的日常生活带来了巨大的改变。其中加速度计传感器应用尤为广泛,但是对于军工方面的加速度测量,常用加速度计的精度远远不够,且自检测功能无法满足应用需求,缺乏对传感器谐波失真性能的自检测。本文通过调研与分析,设计了一款具有数字自检测功能的高精度MEMS加速度计接口电路。首先对加速度计工作原理进行介绍,对非理想特性进行分析,并在SIMULINK工具箱中完成电路数学模型的建立,根据数学模型完成电路的晶体管级设计与仿真,最后基于0.35μm高压CMOS工艺对电路进行了版图绘制。在接口电路中,本文采用离散PID控制电路作为相位补偿器,保证了加速度计系统的闭环稳定性,同时提高了接口电路的环路增益,从而降低了输出信号在带宽内的奇次谐波分量,提高了电路信号检测的精度,并且与高压CMOS工艺相结合,通过提高静电力反馈电压,实现了更大的量程。本文采用由数字谐振器产生且经过sigma-delta调制的高精度的1bit正弦信号码流进行自检测,避免传统自检测中低失真DAC单元的设计,自检测信...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mash2-0结构加速度计simulink模型
[11]，其样品如图1-2所示。电路采用自动调零技与术分时复用技术，实现较高灵敏度与较低的噪声。其采用一种新型的开关电容（switched-capacitor，SC）读出电路，实现了单端到差分的转换，巧妙地消除了直流失调，降低了电路低频处的1/f噪声，提高了芯片的分辨率。该芯片采用0.35 mCMOS工艺实现，采用 2 .5V电源电压供电，电流为240uA
图 1-2 加速度计芯片样品图[11]在2013年发布了一款3轴数字加速度计ADXL313[12]，其原理框款芯片分辨率为13位，量程可以达到 4 g，等效加速度噪声为15范围内具有10位的分辨率，可以分辨小到0.1°的倾角变化，采用过采样技术可以将倾角分辨率提高到0.025°，电源电压测量模式下电流低至30uA。该芯片具有自检测功能，通过配置检测，在自检测时通过在极板上施加电压，静电力反馈生成等效通过多次测量的平均值来进行比较，确定芯片功能正确。
本文编号：2906022
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mash2-0结构加速度计simulink模型
[11]，其样品如图1-2所示。电路采用自动调零技与术分时复用技术，实现较高灵敏度与较低的噪声。其采用一种新型的开关电容（switched-capacitor，SC）读出电路，实现了单端到差分的转换，巧妙地消除了直流失调，降低了电路低频处的1/f噪声，提高了芯片的分辨率。该芯片采用0.35 mCMOS工艺实现，采用 2 .5V电源电压供电，电流为240uA
图 1-2 加速度计芯片样品图[11]在2013年发布了一款3轴数字加速度计ADXL313[12]，其原理框款芯片分辨率为13位，量程可以达到 4 g，等效加速度噪声为15范围内具有10位的分辨率，可以分辨小到0.1°的倾角变化，采用过采样技术可以将倾角分辨率提高到0.025°，电源电压测量模式下电流低至30uA。该芯片具有自检测功能，通过配置检测，在自检测时通过在极板上施加电压，静电力反馈生成等效通过多次测量的平均值来进行比较，确定芯片功能正确。
本文编号：2906022
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