MEMS加速度计伺服芯片数字控制电路研究

摘要

MEMS传感器凭借着其良好的性能，在越来越多的领域里得以应用，其后端的伺服电路也因此成为了近年来研究的热点之一。
　　针对适用于石油勘测、地震波检测的MEMS差分电容式加速度传感器进行研究，设计低功耗、动态响应好的MEMS加速度计伺服芯片。
　　本文对数字控制电路关键技术进行详细的描述，并开发芯片数字功能测试平台。采用自顶向下的方法设计数字电路，重点论述Verilog HDL代码编写，功能仿真、FPGA验证、版图后仿真以及芯片数字功能测试。
　　数字控制电路关键技术包括IIC(Inter Intergrated Circuit)Slave模块，多相时钟源产生模块MPCG(Multiphase Clock Generator)，平均数位流计数器BSCA(Bit Stream Counting Average)和过载监测模块OD(Overload Detection)，主要完成芯片与系统的通信，控制模拟电路开关时序和监控、处理数据等功能。
　　本文提出了一种改进型的IIC Slave设计方案：对传统IIC Slave的状态机进行简化，得到改进型状态机。综合结果表明，改进型状态机的从机设计对比传统状态机的从机设计，面积减少约20％，功耗降低约4%。对该电路进行FPGA验证时，构建了一种简单、高效的FPGA(Field Programmable Gate Array)验证系统。
　　多相时钟源模块产生模拟电路12个开关的时序，控制前端电路在检测阶段，采样保持阶段，力反馈阶段，校准阶段等有序地工作。数字控制电路主时钟是4.096MHz，开关的一个完整的工作周期是由32个主时钟周期组成。
　　平均数位流计数器用于计算比较锁存器LC(Latch Compare)输出数位流的平均值。过载监测模块监测比较锁存器是否连续输出1或者0。

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第一章 绪论

1.1 MEMS差分电容式加速度计伺服电路概述

1.2 混合信号SoC设计

1.3 IIC总线研究现状

1.4 课题研究的目的及意义

1.5 论文的主要内容

第二章 数字控制电路设计

2.1 数字控制电路关键技术

2.2 IIC Slave模块

2.3 MPCG模块

2.4 BSCA模块

2.5 OD模块

2.6 本章小结

第三章 验证与实现

3.1 功能仿真

3.2 FPGA验证

3.3 芯片实现及版图后仿真

3.4 本章小结

第四章 芯片数字功能测试

4.1 测试方案

4.2 测试平台

4.3 测试内容与结果

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

附录A 个人简历

附录B 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录C 论文中的用图

附录D 论文中的用表