电容式MEMS加速度计接口电路芯片研究与设计

发布时间：2022-01-07 22:45

　　目前,微机械加速度计是应用最广泛的MEMS集成传感器之一,具有非常广阔的军用及民用市场前景,现已广泛应用于物联网、运动监控、惯性导航、消费电子、石油探测、航空航天等领域。但是相较于西方国家,无论是微加速度计相关技术研究还是产品商业化都比较落后,在关键技术及制造工艺上还存在着一系列问题亟待解决。特别是随着物联网发展及应用多元化,设计实现低压低功耗量程范围可调的MEMS微加速度计接口电路芯片不仅具有很重要的研究意义,而且还有广泛的市场应用效益。本文设计是基于微机械加速度计的工程应用目的,首先介绍了MEMS加速度传感器的相关研究背景及应用,然后就传统的MEMS加速度计接口电路芯片架构中机械传感电容、电荷电压转换器及Sigma Delta Modulators三个主要电路模块的原理进行了分析推导,并分析了电路中存在的噪声及失调等一些非理想因素。基于以上介绍和分析,根据设计指标要求,采用全差分开关电容式开环电路结构来设计并实现该款低压低功耗加速度计接口检测电路芯片,其不仅可以降低芯片系统功耗,而且有助于减小偶次谐波失真,抑制共模干扰及时钟馈通效应;用Verilog-A对机械传感电容部分进行行为级... 

【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】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基准电流瞬态仿真波形

由表(4-3)可知，因工艺变化引起典型情况基准电流变化 20%，对于基准电流源这是正常的，符合我们设计要求。其次，最小电流也是足够的大不至于被噪声湮没。图4.5 基准电流的供电电压 DC 扫描基准电流随电压变化仿真结果如图 4.5 所示，在 1.6V-1.98V 电源电压变化范围内，电流相对 1.8V 正常电源电压下电流 IREF=1.25uA 变化大约 10%。图4.6 基准电流温度扫描基准电流值随温度从-40℃到 125℃变化仿真结果如图 4.6 所示，电流最大变化了91.43nA，对于用作电流偏置的基准电流来说满足设计要求。

基准电流随电压变化仿真结果如图 4.5 所示，在 1.6V-1.98V 电源电压变化范围内，电流相对 1.8V 正常电源电压下电流 IREF=1.25uA 变化大约 10%。图4.6 基准电流温度扫描基准电流值随温度从-40℃到 125℃变化仿真结果如图 4.6 所示，电流最大变化了91.43nA，对于用作电流偏置的基准电流来说满足设计要求。

【参考文献】：
期刊论文
[1]微机械谐振式加速度计的研究现状及发展趋势[J]. 高杨,雷强,赵俊武,吕军光.  强激光与粒子束. 2017(08)
[2]低热机械噪声MEMS加速度计设计[J]. 杨丹琼,陈志龙,徐静,钟少龙,李四华,吴亚明.  传感器与微系统. 2011(11)
[3]微机电系统技术的研究现状和展望[J]. 严宇才,张端.  电子工业专用设备. 2011(04)
[4]MEMS加速度计的发展趋势研究[J]. 倪烨,张怀武,钟智勇.  硅谷. 2010(19)
[5]浅谈CMOS模拟集成电路版图设计的器件匹配方法[J]. 姚芳,李秋利.  集成电路通讯. 2008(04)
[6]浅谈CMOS模拟集成电路版图设计的器件匹配方法[J]. 姚芳,李秋利.  集成电路通讯. 2008 (04)
[7]模拟电路版图设计中的匹配艺术[J]. 金善子.  中国集成电路. 2006(12)
[8]硅基MEMS加工技术及其标准工艺研究[J]. 王阳元,武国英,郝一龙,张大成,肖志雄,李婷,张国炳,张锦文.  电子学报. 2002(11)

博士论文
[1]高精度sigma-delta ADC的研究与设计[D]. 吴笑峰.西安电子科技大学 2009

硕士论文
[1]MEMS电容式加速度计敏感结构研究[D]. 朱彬彬.杭州电子科技大学 2017
[2]版图设计对电路设计的影响[D]. 罗理达.复旦大学 2014



本文编号：3575409