面向微加速度計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)放設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、微機(jī)械加速度計(jì)作為一種重要的慣性器件，在汽車(chē)、消費(fèi)電子、慣性制導(dǎo)等方面有廣泛的應(yīng)用前景。本文介紹了低噪聲和高速全差分運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)基本原理，另外針對(duì)本實(shí)驗(yàn)室的閉環(huán)加速度計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了其內(nèi)部的運(yùn)算放大器，即電荷放大器，后級(jí)放大器，單位增益緩沖器。
　　作為全差分微加速度計(jì)檢測(cè)電路的電荷放大器，必須進(jìn)行低噪聲設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的低噪聲全差分放大器的等效輸入噪聲在10.55nV/Hz左右。而隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的增加，在許多方面需要高增益

2、和高帶寬的運(yùn)放去滿(mǎn)足系統(tǒng)的精度和速度的要求。因此本文為了適應(yīng)這樣的要求設(shè)計(jì)了一個(gè)高增益高帶寬的全差分運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器采用增益提高技術(shù)，其直流開(kāi)環(huán)增益達(dá)到100dB；單位增益帶寬為67MHz左右。
　　另外，本文在分析了閉環(huán)加速度計(jì)基本工作原理基礎(chǔ)上，利用0.5μm CMOS工藝設(shè)計(jì)完成了閉環(huán)加速度計(jì)接口電路的低功耗設(shè)計(jì)。
　　該電路的模擬部分包括電荷放大器、后級(jí)放大電器、相關(guān)雙取樣與采樣保持電路、積分器、單位增益緩沖

3、器。其中，電荷放大器需要低噪聲放大器，該電路的放大器等效輸入噪聲為9.63nV/ Hz。為了滿(mǎn)足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的要求，后級(jí)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)為全擺幅輸出運(yùn)放。本文設(shè)計(jì)了兩種共挽輸出級(jí)運(yùn)算放大器，即三級(jí)結(jié)構(gòu)運(yùn)算放大器和低功耗運(yùn)算放大器。其中低功耗共挽輸出運(yùn)放的功耗小于3mW。
　　利用理想動(dòng)力學(xué)方程和加速度計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)建立了閉環(huán)加速度計(jì)的等效電學(xué)模型。等效電路模型與接口電路構(gòu)成加速度計(jì)整體電路，并利用HSPICE對(duì)加速度計(jì)整體進(jìn)行了仿真。整