Sigma-delta數(shù)字加速度計中噪聲測試分析及優(yōu)化.pdf

1、微加速度計由于其廣闊的研究和應用前景，以及巨大的軍事和民用價值，逐漸成為微傳感器領域關注的焦點。在各類加速度計中，電容式Sigma-delta加速度計憑借高精度、低功耗、結構簡單、噪聲特性好、能良好兼容標準CMOS工藝等優(yōu)點，在離散時間系統(tǒng)中得到廣泛應用。隨著信息化技術的飛速發(fā)展，集成化、閉環(huán)工作、直接數(shù)字輸出等工作方式成為當前研究的熱點之一。而高性能的接口電路是實現(xiàn)高性能加速度計的關鍵，因此，開展Sigma-delta數(shù)字加速度計接口

2、電路的研究具有重要的理論與應用意義。
　　噪聲特性是高精度微加速度計最重要的性能指標之一。本文分析了Sigma-delta數(shù)字加速度計的系統(tǒng)結構與工作原理，選擇五階分布式反饋型Sigma-delta數(shù)字加速度計進行深入研究，并對開關熱噪聲、折疊熱噪聲、運放噪聲、積分器噪聲與量化噪聲等加速度計接口電路的主要噪聲源進行了細致的原理分析、噪聲建模，并討論了各類噪聲之間的相互作用。以理論分析為基礎計算出加速度計系統(tǒng)的等效輸出噪聲，通過測試

3、芯片的靜態(tài)噪聲特性驗證了理論分析與計算的準確性。
　　本文在Matlab的Simulink平臺上完成了Sigma-delta數(shù)字加速度計的系統(tǒng)級噪聲優(yōu)化設計，采用四階前饋求和結構替代五階分布式反饋結構，在提高環(huán)路增益的同時保證了穩(wěn)定性。減小電荷放大器中的反饋電容值，提高前級增益。加入相關雙采樣電路，抑制低頻干擾。通過減小前級運放的帶寬與等效輸入噪聲，來降低折疊熱噪聲。本設計采用0.5μmCMOS工藝實現(xiàn)，電源電壓5V，在Caden