一种用于MEMS陀螺的高精度电容读出电路的设计.pdf

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1、第23卷第11期Vo1．23No．112010年11月NOV．2010Circuitin0．5CHENFang，CHANGHonglong，YUANWeizhengZHAOHaitao，(MicroandNanoElectromechnicalSystemLaboratory，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’nn710072，China)Abstract：AhighprecisionCMOSinterfacereadoutcircuitforacapacitiveMEMSgyroscopeisdesigned．theinflu．encesof

2、thenoiseandmismatchtothecapacitivereadoutcircuitareanalyzedtheoreticallyindetail．Basedonacontinuoustimevoltagesensingtopology，alow-noisechargesensitiveamplifierwithinputandoutputcommonfeed．backcircuitisdesigned，whichtheinputandoutputcommonvoltageis2．5V，andtheinputnoiseflooroftheam．plifieris9nV．th

3、ecarrierwavemodulationtechniqueisusedtoeliminatedtheflickernoise．thedesignedinterfacecircuitwassimulatedinCadenceandanexperimentalPCBcircuitwasmadeaccordingly．Theresultshowsthatitcannotonlyremovetheimpactsofmostparasiticcapacitancesandrestrainthenoise&couplingsignals．butalsoreducetheimpactsofoffs

4、etvoltagethatcomesfrommismatchoncapacitiveresolution，thesimulationshowsthatitscapacitanceresolutionis0．13aF／Jnz，cansatisfiedtherequirementsofnavigation—gradeandtherequirementsofnavigation-grade．Keywords：MEMSgyroscope；highprecision；capacitanceresolution；CMOSEEACC：7630doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2

5、010．11．009冰一种用于MEMS陀螺的高精度电容读出电路的设计陈方，常洪龙，苑伟政，赵海涛(西北工业大学微／纳米系统陕西省重点实验室，西安710072)摘要：针对电容式MEMS陀螺，设计了一种高精度CMOS接口读出电路。从理论上分析了接口寄生电容、器件的不匹配对接口电路的影响，采用连续时间电压读出方式的检测方法，设计了一款带有输入输出共模反馈的低噪声全差分电荷运算放大器，输人输出共模电压稳定在2．5V，输入端的噪声电压为9nV。载波调制技术用来消除低频闪烁噪声。在Cadence中对设计的接口电路进行仿真分析，并采用PCB电路板进行了实验。结果显示所提出的接口电路不仅消除了大部分寄生

6、电容的影响，抑制了大部分的耦合信号和噪声信号，而且减小了由于器件的不匹配产生的失调电压对电容分辨率的影响，电路Cadence仿真的电容分辨率可达0．13aF／Hz，能满足惯导级的需求。关键词：MEMS陀螺；高精度；电容分辨率；CMOS中图分类号：TH7；V241．5文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)11—1560—05采用静电驱动、电容变化监测位移的电容式大幅提高信噪比，以前报道的电容式MEMS传感微机械陀螺具有机械灵敏度高、工艺简单、低温漂器的读出电路主要采用了三种检测技术J：开关等特点，是目前实现高性能陀螺的一个有效途电容(SC)、跨阻运算放大器、电荷运算放大器。

7、开径。随着CMOS集成电路工艺的迅速发展，传关电容(SC)E5]的主要缺点是引入了采样开关感技术的一个重要发展趋势就是实现传感器读出KT／C噪声、MOS开关的热噪声；采用跨阻运算放电路的集成化，甚至实现微传感器与传感器读出大器的连续时间电流读出方式(CTC)中的反馈电路的单芯片集成。电阻带来的热噪声会成为主要的噪声源，从而影要实现高精度传感器所面临的主要挑战就是响系统的性能；采用电荷运算放大器的连续时间项目来源：“863”国家高技术