MEMS加速度传感器全差分读出电路的分析与设计
发布时间：2021-05-09 18:31
随着微机械系统（Micro20Electro20Mechanical20System,MEMS）的日益发展,MEMS加速度传感器在石油勘探、导航应用、虚拟现实（Virtual20Reality,VR）等领域有广泛的应用。MEMS传感器读出电路主要通过检测MEMS电容传感器中电容差值的大小,并将其转换成电压信号,从而获得敏感质量块所受到的加速度大小。全差分读出电路是MEMS加速度传感器正常工作的基础,其精度决定了所有电路模块的最大性能。在实际设计中,选择合适的电路结构、设置稳定的电压以及较小的非理想因素（主要包括噪声）是重点需要解决的问题。为了达到上述要求,设计出的全差分电路显得尤为重要。本文针对传统MEMS加速度传感器在设计上的不足,对MEMS加速度传感器读出电路进行了研究,主要工作如下:1)根据设计指标,基于标准的0.5-μm20CDMOS工艺,设计了一种用于勘探石油的全差分电容式MEMS加速度传感器读出电路。该电路主要包括全差分电路、减法器、缓冲器、带隙基准源和多相时钟产生阵列5个模块。其中,全差分电路采用相关双采样技术,能抑制电路的噪声并获得更大的输出电压摆幅;缓冲器采用斩波稳定...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 MEMS加速度传感器的发展
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内发展
1.2.2 国外发展
1.3 本文的研究内容
第2章 读出电路的工作原理及结构
2.1 读出电路的工作原理
2.2 读出电路的结构
2.3 本章小结
第3章 整体电路的分析与设计
3.1 参考源的基本结构
3.2 参考源电路设计
3.3 基准电路的仿真
3.4 MPCG电路的时序设计
3.4.1 启动模式
3.4.2 运行模式
3.5 非理想因素的分析
3.6 全差分电容电路设计
3.6.1 运算放大器电路的基本结构
3.6.2 全差分运算放大器的设计
3.6.3 两级运放计算
3.6.4 全差分电容放大器的仿真
3.7 减法器电路的设计与仿真
3.8 缓冲器电路的设计与仿真
3.9 电容阵列设计
3.10 本章小结
第4章 电路的流片与测试
4.1 整体电路图
4.2 MPCG时序的测试
4.3 ADUM1410输入与输出的验证
4.4 基准静态电压的测试
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历
在校期间发表的学术论文及研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]创新采油技术助推行业绿色可持续发展[J]. 赵晓飞. 中国石油和化工. 2017(02)
[2]我国石油对外依存度首破60%[J]. 石华. 石油库与加油站. 2016(01)
[3]微机械加速度计的研究现状综述[J]. 张霞. 功能材料与器件学报. 2013(06)
[4]电容式微机械陀螺仪信号检测电路[J]. 张云福,吕梦琴,罗亮,李荣宽. 传感技术学报. 2013(06)
[5]改进型折叠式共源共栅运算放大器电路的设计[J]. 殷万君,白天蕊. 现代电子技术. 2012(20)
[6]高性能折叠式共源共栅运算放大器的设计[J]. 朱治鼎,彭晓宏,吕本强,李晓庆. 微电子学. 2012(02)
[7]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)
[8]数字检波器在地震勘探中的应用效果[J]. 邹奋勤,刘斌,童思友,张一波. 海洋地质与第四纪地质. 2008(03)
[9]微机械加速度计的应用和发展趋势[J]. 张睿. 东莞理工学院学报. 2007(01)
[10]运算放大器电路的噪声分析和设计[J]. 何峥嵘. 微电子学. 2006(02)
博士论文
[1]电容式硅微陀螺接口ASIC芯片集成技术研究[D]. 王冠石.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]低功耗、高精度、宽共模输入范围仪表放大器的研究与设计[D]. 李乐乐.复旦大学 2013
[2]MEMS加速度传感器读出电路设计[D]. 张文杰.湘潭大学 2013
[3]一种新型硅微加速度计的设计与制造工艺研究[D]. 吕宇.国防科学技术大学 2011
[4]微传感器微弱电压信号读出电路芯片设计[D]. 郭攀.中国科学技术大学 2010
[5]低噪声CMOS运算放大器的研究与设计[D]. 詹昶.华中科技大学 2007
[6]高量程微机械压阻式加速度传感器研究[D]. 黄全平.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2002
本文编号：3177806
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 MEMS加速度传感器的发展
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内发展
1.2.2 国外发展
1.3 本文的研究内容
第2章 读出电路的工作原理及结构
2.1 读出电路的工作原理
2.2 读出电路的结构
2.3 本章小结
第3章 整体电路的分析与设计
3.1 参考源的基本结构
3.2 参考源电路设计
3.3 基准电路的仿真
3.4 MPCG电路的时序设计
3.4.1 启动模式
3.4.2 运行模式
3.5 非理想因素的分析
3.6 全差分电容电路设计
3.6.1 运算放大器电路的基本结构
3.6.2 全差分运算放大器的设计
3.6.3 两级运放计算
3.6.4 全差分电容放大器的仿真
3.7 减法器电路的设计与仿真
3.8 缓冲器电路的设计与仿真
3.9 电容阵列设计
3.10 本章小结
第4章 电路的流片与测试
4.1 整体电路图
4.2 MPCG时序的测试
4.3 ADUM1410输入与输出的验证
4.4 基准静态电压的测试
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历
在校期间发表的学术论文及研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]创新采油技术助推行业绿色可持续发展[J]. 赵晓飞. 中国石油和化工. 2017(02)
[2]我国石油对外依存度首破60%[J]. 石华. 石油库与加油站. 2016(01)
[3]微机械加速度计的研究现状综述[J]. 张霞. 功能材料与器件学报. 2013(06)
[4]电容式微机械陀螺仪信号检测电路[J]. 张云福,吕梦琴,罗亮,李荣宽. 传感技术学报. 2013(06)
[5]改进型折叠式共源共栅运算放大器电路的设计[J]. 殷万君,白天蕊. 现代电子技术. 2012(20)
[6]高性能折叠式共源共栅运算放大器的设计[J]. 朱治鼎,彭晓宏,吕本强,李晓庆. 微电子学. 2012(02)
[7]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)
[8]数字检波器在地震勘探中的应用效果[J]. 邹奋勤,刘斌,童思友,张一波. 海洋地质与第四纪地质. 2008(03)
[9]微机械加速度计的应用和发展趋势[J]. 张睿. 东莞理工学院学报. 2007(01)
[10]运算放大器电路的噪声分析和设计[J]. 何峥嵘. 微电子学. 2006(02)
博士论文
[1]电容式硅微陀螺接口ASIC芯片集成技术研究[D]. 王冠石.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]低功耗、高精度、宽共模输入范围仪表放大器的研究与设计[D]. 李乐乐.复旦大学 2013
[2]MEMS加速度传感器读出电路设计[D]. 张文杰.湘潭大学 2013
[3]一种新型硅微加速度计的设计与制造工艺研究[D]. 吕宇.国防科学技术大学 2011
[4]微传感器微弱电压信号读出电路芯片设计[D]. 郭攀.中国科学技术大学 2010
[5]低噪声CMOS运算放大器的研究与设计[D]. 詹昶.华中科技大学 2007
[6]高量程微机械压阻式加速度传感器研究[D]. 黄全平.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2002
本文编号：3177806
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