硅微陀螺讀出電路低噪聲設計.pdf

1、微電子機械系統(tǒng)在過去二十年中發(fā)展迅速，微機械陀螺隨著微電子機械系統(tǒng)技術的發(fā)展也在不斷進步。微機械陀螺尺寸很小，通常在微米量級，輸出信號小。而微機械陀螺檢測電容變化量則非常小，對讀出電路的靈敏度、分辨率、線性范圍的要求非常高。對絕大多數(shù)體硅微加工的陀螺來說，系統(tǒng)的總噪聲主要是來自于讀出電路，因此使用高精度電容檢測電路方案對于實現(xiàn)微小電荷讀出來說非常重要。針對微小電容讀出電路的低噪聲要求，本文提出了一些方案來實現(xiàn)這一目的，并進行了理論分析和

2、仿真驗證。
　　本文硅微陀螺讀出電路為連續(xù)時間差動式檢測讀出電路。這種電路抗外界干擾能力強，易于實現(xiàn)。微機械陀螺主要噪聲來源于電路熱噪聲和閃爍噪聲。本文建立了前置放大器噪聲模型來對前置放大器中MOS管的寬長比進行低噪聲優(yōu)化設計，同時根據(jù)檢測電路等效模型對放大器輸入管進行了電容匹配最優(yōu)化設計。優(yōu)化后的前置放大器輸入?yún)⒖荚肼暈?0.1nV/√Hz，開環(huán)增益為96dB，相位裕度60°，電源抑制比低頻時為98dB，相關性能能夠滿足讀出電路

3、低噪聲要求。另外本文對微機械陀螺讀出電路其它模塊也進行了低噪聲優(yōu)化設計，并提出了減小寄生電容，抑制外部噪聲，使用SIGMA-DELTA調制器等其他低噪聲設計手段。仿真結果表明，本文讀出電路整體噪聲為51.156nV/√Hz，相比實驗室原有讀出電路噪聲大大降低。最后，對讀出電路進行了ASIC版圖設計，該版圖基于18V0.5μm雙阱COMS工藝，整體面積為4499μm×1940μm。運算放大器工作頻率噪聲后仿時為16.5nV/√Hz，整體電