CMOS MEMS加速度計研究及低噪聲檢測電路集成設計.pdf

1、MEMS電容式加速度計具有功耗低、體積小、可靠性高等優(yōu)勢，類型主要有：體硅加速度計，表面多晶硅加速度計和CMOS MEMS加速度計等。其中CMOSMEMS加速度計因具有其易于實現(xiàn)單片集成、易于降低加工成本和互連寄生參數(shù)等優(yōu)勢，成為最具市場前景的加速度計產(chǎn)品。但是CMOS MEMS加速度計存在電容靈敏度低、結構失調、性能參數(shù)漂移等問題，這使其檢測系統(tǒng)設計成為巨大的挑戰(zhàn)。
　　 本文設計了一款能檢測10-4-10-3fF量級電容變化

2、的低噪聲開環(huán)結構檢測電路。首先，建立了用于系統(tǒng)仿真的CMOS MEMS加速度計的行為級模型。之后，通過分析檢測端存在的主要噪聲源，提出了檢測端電容匹配設計來實現(xiàn)噪聲最小化。本文設計的檢測電路采用連續(xù)時間電壓模式電容檢測電路結構，運用斬波穩(wěn)定技術降低器件噪聲、消除電路失調。檢測電路的核心是一個兩級三輸入差動差分放大器(DDA)，其中第一級作為緩沖級，用于實現(xiàn)噪聲優(yōu)化；第二級是主增益級，用于提供增益和帶寬。該放大器通過兩個輔助輸入端來實現(xiàn)直

3、流/交流失調補償。為了穩(wěn)定DDA放大器在開環(huán)結構下輸入端的直流偏置，本文設計中將一周期性重置電路連接到檢測電路檢測端。
　　 最后，本文采用華潤上華0.5um CMOS數(shù)?；旌瞎に嚕瓿闪穗娙蒽`敏度僅為0.1fF×4/g的CMU CMOS MEMS加速度計開環(huán)檢測電路設計，并結合加速度計行為級模型對檢測系統(tǒng)進行了仿真。仿真結果顯示在調制信號幅值為0.1v時，系統(tǒng)能檢測10-3fF量級的電容，相應的總檢測靈敏度為205mV/g，分