MEMS加速度傳感器讀出電路設(shè)計.pdf

1、MEMS加速度傳感器以其各種優(yōu)越的性能在軍事與商業(yè)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，它包括MEMS傳感器和IC讀出電路兩部分，近年來，由于其高精度、高穩(wěn)定性在精密勘探中也得到特殊的應(yīng)用，如石油探測等。MEMS加速度傳感器又稱微加速度計，有壓阻式和電容式等多種結(jié)構(gòu)，但從綜合性能看，電容式微加速度計的綜合性能最優(yōu)，同時檢測差分電容變化的讀出電路技術(shù)也非常成熟。讀出電路從控制方式上有開環(huán)控制與閉環(huán)控制兩種，開環(huán)控制方式結(jié)構(gòu)簡單，在沖擊性加速度測量中有重要應(yīng)

2、用，閉環(huán)控制由于存在靜電力反饋而具有線性度高、動態(tài)性能好、不易受外界噪聲影響等優(yōu)點而應(yīng)用廣泛。讀出電路從電路結(jié)構(gòu)上分主要有三種：一是使用調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的連續(xù)時間電壓讀出電路；二是基于運算跨導(dǎo)放大器的連續(xù)時間電流讀出電路；三是開關(guān)電容電荷讀出電路。
　　全芯片系統(tǒng)采用閉環(huán)Σ-Δ讀出電路結(jié)構(gòu)，本文的工作是全芯片系統(tǒng)的部分內(nèi)容，本文主要分析了讀出放大器的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計思路，還包括其外圍輔助電路：基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流、多相時鐘同步電路、可編輯

3、補償電容陣列及讀出放大器的外圍開關(guān)電路。針對讀出放大器進行了低功耗設(shè)計，讀出放大器根據(jù)其控制信號可以運行在高、低功耗兩種狀態(tài)，設(shè)計思想是讀出放大器只在后1/4個周期——“讀出放大”（Sensing）階段工作在高功耗狀態(tài)，而在其它的3/4個周期工作在低功耗狀態(tài)，這樣有效節(jié)省了電源功耗。讀出放大器采用相關(guān)雙采樣（CDS）技術(shù)進行失調(diào)消除，本文推導(dǎo)了它的工作原理及計算公式，并指出讀出放大器線性度的影響因素，低噪聲要求也是全芯片系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵，