低噪声MEMS麦克风接口电路的设计与实现
发布时间：2021-08-24 17:30
随着电子产品市场需求的急剧增加,MEMS麦克风以体积更小、成本更低、集成度更高和抗震耐热性更强等优势逐步取代了驻极体电容式麦克风,成为消费电子、医疗、汽车、录音和广播等应用领域中麦克风的未来发展趋势。因此MEMS麦克风接口电路的设计也就变得十分重要。本论文基于英飞凌科技公司生产的一款名为E2120M的MEMS麦克风,设计了三种不同的MEMS麦克风接口电路。其中有两种是模拟信号输出的接口电路,分别为经典的接口电路和正反馈接口电路,主要由偏置电路和前置放大器两大部分组成;另一种是数字信号输出的接口电路,主要由偏置电路、差分输出前置放大器和Σ-ΔADC三大部分组成。本论文的主要研究内容和成果如下:1.在偏置电路中,采用电流基准结构以适配于1.5V5.5V的宽电源电压范围,电路能在1.5V的极低电源电压下正常工作;为了降低噪声,前八级电荷泵前八级采用优化的Latched电荷泵,输出级电荷泵额外增加了一组时钟,抑制了电荷的泄漏,从而降低了噪声;为了减少芯片面积,摒弃了传统的电阻电容滤波器结构,消除了纹波,降低了噪声。2.在经典的前置放大器中,读取信号模块采用负反馈环路和三极...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图3.4时钟产生电路输出仿真图
第三章 偏置电路的设计与仿真19图3.5 二分频电路输出仿真图3.2 带隙基准带隙基准作为芯片的基本模块，对整个芯片有着重要的作用。带隙基准又可分为电压基准和电流基准。它产生的是一个独立于工艺参数、电源电压以及环境温度变化的直流信号[41]。带隙基准电路一般都是利用两个相对独立的物理性质产生一个温度独立的基准信号：一个信号与绝对温度成正比，另一个信号与绝对温度成反比，然后按一定的比例叠加，从而得到零温度系数的信号[42]。双极结型三极管的基极-发射极电压 VBE具有负温度系数，根据三极管的特性可以写出：/expBE TV VC SI I(3-1)其中热电压 VT=KT/q，K 为波尔兹曼常数，T 为绝对温度；饱和电流IS=bT4+mexp(-Eg/kT), b 是一个比例系数，m 约为-1.5
ref约为 0.85V。图3.8 基准电压 Vref的瞬态仿真图如图 3.9 所示为带隙基准在电源电压为 3.6V 时，基准电压 Vref随温度变化的仿真结果。从图中可以看到：在-40℃到 125℃的温度范围内，基准电压都约为0.85V，基准电压最大的变化值仅为 1.609mV。变化值比较小，说明带隙基准性能比较理想。图3.9 Vref随温度变化的仿真图 图3.10 Vref随电源电压变化的仿真图如图 3.10 为带隙基准在 25℃的温度下，基准电压 Vref随电源电压变化的仿真图。从图中仿真结果中可以看到：当电源电压为 1.5V 的时候，基准电路就可以正常工作了，输出的基准电压值稳定值约为 0.85V
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种低功耗频率稳定的CMOS环形振荡器设计[J]. 张可,代雪峰,张海涛. 微处理机. 2017(05)
[2]MEMS麦克风技术满足音量市场的性能要求[J]. Masahito Kanaya. 电子产品世界. 2017(06)
[3]MEMS麦克风的失效机理及失效分析[J]. 张永强,熊小平. 电子与封装. 2017(04)
[4]一种用于电容式MEMS麦克风的读出电路[J]. 周锋,李富华,乔东海,徐栋,吕爽,陈伟庆. 微电子学. 2013(03)
[5]一种新型低噪声麦克风前置放大器的设计[J]. 景新幸,刘东来. 微电子学. 2012(02)
[6]一种用于MEMS麦克风的信号采集电路[J]. 刘乃瑞. 半导体技术. 2011(12)
硕士论文
[1]一种带有温度和工艺双重补偿的环形振荡器的研究与设计[D]. 马兵兵.东南大学 2017
[2]数字陀螺Sigma-Delta调制器的设计[D]. 闫冬.哈尔滨工业大学 2016
[3]MEMS麦克风的低噪前置放大器及偏置电路设计[D]. 王一川.西安电子科技大学 2015
[4]宽带CMOS压控振荡器研究及设计[D]. 曹旭.杭州电子科技大学 2013
[5]MEMS微麦克风读出电路设计与实现[D]. 于海明.天津大学 2012
[6]电容式MEMS麦克风调理电路研究与设计[D]. 周锋.苏州大学 2012
[7]硅麦克风前置放大器设计研究[D]. 黄立朝.复旦大学 2011
本文编号：3360421
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图3.4时钟产生电路输出仿真图
第三章 偏置电路的设计与仿真19图3.5 二分频电路输出仿真图3.2 带隙基准带隙基准作为芯片的基本模块，对整个芯片有着重要的作用。带隙基准又可分为电压基准和电流基准。它产生的是一个独立于工艺参数、电源电压以及环境温度变化的直流信号[41]。带隙基准电路一般都是利用两个相对独立的物理性质产生一个温度独立的基准信号：一个信号与绝对温度成正比，另一个信号与绝对温度成反比，然后按一定的比例叠加，从而得到零温度系数的信号[42]。双极结型三极管的基极-发射极电压 VBE具有负温度系数，根据三极管的特性可以写出：/expBE TV VC SI I(3-1)其中热电压 VT=KT/q，K 为波尔兹曼常数，T 为绝对温度；饱和电流IS=bT4+mexp(-Eg/kT), b 是一个比例系数，m 约为-1.5
ref约为 0.85V。图3.8 基准电压 Vref的瞬态仿真图如图 3.9 所示为带隙基准在电源电压为 3.6V 时，基准电压 Vref随温度变化的仿真结果。从图中可以看到：在-40℃到 125℃的温度范围内，基准电压都约为0.85V，基准电压最大的变化值仅为 1.609mV。变化值比较小，说明带隙基准性能比较理想。图3.9 Vref随温度变化的仿真图 图3.10 Vref随电源电压变化的仿真图如图 3.10 为带隙基准在 25℃的温度下，基准电压 Vref随电源电压变化的仿真图。从图中仿真结果中可以看到：当电源电压为 1.5V 的时候，基准电路就可以正常工作了，输出的基准电压值稳定值约为 0.85V
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种低功耗频率稳定的CMOS环形振荡器设计[J]. 张可,代雪峰,张海涛. 微处理机. 2017(05)
[2]MEMS麦克风技术满足音量市场的性能要求[J]. Masahito Kanaya. 电子产品世界. 2017(06)
[3]MEMS麦克风的失效机理及失效分析[J]. 张永强,熊小平. 电子与封装. 2017(04)
[4]一种用于电容式MEMS麦克风的读出电路[J]. 周锋,李富华,乔东海,徐栋,吕爽,陈伟庆. 微电子学. 2013(03)
[5]一种新型低噪声麦克风前置放大器的设计[J]. 景新幸,刘东来. 微电子学. 2012(02)
[6]一种用于MEMS麦克风的信号采集电路[J]. 刘乃瑞. 半导体技术. 2011(12)
硕士论文
[1]一种带有温度和工艺双重补偿的环形振荡器的研究与设计[D]. 马兵兵.东南大学 2017
[2]数字陀螺Sigma-Delta调制器的设计[D]. 闫冬.哈尔滨工业大学 2016
[3]MEMS麦克风的低噪前置放大器及偏置电路设计[D]. 王一川.西安电子科技大学 2015
[4]宽带CMOS压控振荡器研究及设计[D]. 曹旭.杭州电子科技大学 2013
[5]MEMS微麦克风读出电路设计与实现[D]. 于海明.天津大学 2012
[6]电容式MEMS麦克风调理电路研究与设计[D]. 周锋.苏州大学 2012
[7]硅麦克风前置放大器设计研究[D]. 黄立朝.复旦大学 2011
本文编号：3360421
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