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文檔簡介
1、MEMS微加速度計具有體積小,重量輕,分辨率高,溫度特性好等優(yōu)點,在汽車,慣性導航,空間微重力測量以及高精度勘探等等方面有著廣泛的應用。但是微加速度計隨工藝的改變比較大,器件參數(shù)有很高的不確定性以及各種非線性;另外微加速度計的體積微小,輸出的電容變化信號非常微弱,一般都在10-15F左右,受集成工藝,寄生電容以及各種噪聲等的影響嚴重,這些都為MEMS微加速度計讀出電路的設計提出了挑戰(zhàn)。
本文針對MEMS微加速度計的讀出電路結構
2、進行了深入的研究,在綜合比較了各讀出電路結構的性能優(yōu)劣以后,本文設計了一種低噪聲高精度的差動式檢測讀出電路結構,這種結構可以很好的消除由于工藝失配問題而造成的偏差。
首先根據(jù)MEMS微加速度計的特點與結構,建立了其動力學模型和電容模型,分析了外界加速度a和可動極板位移x以及電容變化量ΔC之間的關系。
針對寄生電容以及各種噪聲的影響,設計了一種低噪聲放大器,分析了電路噪聲及其產(chǎn)生機理,通過合理選擇運放結構以及器件參數(shù)來
3、減小噪聲的影響,所設計的低噪聲放大器的輸入?yún)⒖紵嵩肼晝H為2.85nV/rtHz,總的輸入?yún)⒖荚肼暈?.78nV/rtHz,增益為79.8dB,相位裕度61degree,共模信號以及電源紋波所帶來的影響也得到了很好的抑制,具有良好的低噪聲性能;
設計的采樣解調(diào)電路是一種加入dummy管的開關電容電路,既消除了溝道電荷注入效應,也有效抑制了時鐘饋通效應;低通濾波電路是采用多路反饋電路來實現(xiàn)的Bessel二階開關電容濾波器,具有良好
4、的群時延特性,過渡帶很陡峭,易于集成;輸出緩沖電路可以削減讀出電路中所產(chǎn)生的波形尖峰。
基于0.35μm CMOS工藝,在5V電源電壓下對各個功能模塊以及整體電路進行仿真驗證,仿真結果表明本文設計的MEMS微加速度計讀出電路結構滿足了低噪聲以及高精度的設計要求,讀出電路可測量加速度信號頻率范圍為0~20kHz,電容變化信號可放大100倍,且通過調(diào)整差動放大器周圍電容值的大小可以實現(xiàn)讀出電路放大倍數(shù)可調(diào)。
最后本文基于
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