硅微陀螺讀出電路低噪聲設(shè)計(jì).pdf

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

2、仿真驗(yàn)證。
　　本文硅微陀螺讀出電路為連續(xù)時(shí)間差動(dòng)式檢測(cè)讀出電路。這種電路抗外界干擾能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)。微機(jī)械陀螺主要噪聲來(lái)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(lái)對(duì)前置放大器中MOS管的寬長(zhǎng)比進(jìn)行低噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)檢測(cè)電路等效模型對(duì)放大器輸入管進(jìn)行了電容匹配最優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的前置放大器輸入?yún)⒖荚肼暈?0.1nV/√Hz，開(kāi)環(huán)增益為96dB，相位裕度60°，電源抑制比低頻時(shí)為98dB，相關(guān)性能能夠滿足讀出電路

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