开关电容型微加速度计电容检测电路的设计与研究

摘要

电容式微加速度计是当前MEMS领域的研究热点，对微加速度计表头电容的变化进行检测是其读出电路中首先要解决的问题。研究开发易于集成、性能优良，并应用于微加速度计读出电路的电容检测电路具有重要的实际意义。
　　本文研究设计了一种适于MEMS电容式微加速度计读出电路的开关电容型电容检测电路。为降低运放有限增益、运放输入直流失调电压以及低频噪声的影响，采用带有相关双采样(CDS)功能的开关电容增益电路，文中对采用的开关电容型检测电路的共模差模以及噪声特性做了详细分析。同时，为了达到闭环系统的增益精度要求，文中设计采用了全差分增益增强型运算放大器，并对该种运放的交流特性、频率特性以及噪声做了详细分析。为了降低功耗并提高系统稳定性，运放采用开关电容共模反馈电路。
　　本论文采用0.35μm CMOS工艺完成对运算放大器及整个SC检测电路进行了仿真验证。仿真的结果表明，在NOM工艺脚下，运放开环直流增益达到123.2dB，单位增益带宽60.68M，相位裕度76.7°，输出摆幅达到4Vpp；SC检测电路差分输出电压幅值2V，0.001％上升时间235.7ns，同时在5V电源电压下，消耗4.15mW的功耗。

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第一章 绪论

1.1 MEMS微加速度计研究背景及意义

1.2 MEMS微加速度计国内外发展现状及趋势

1.3 本文的主要内容

第二章 MEMS电容式微加速度计

2.1 MEMS微加速度计的模型及工作原理

2.2 MEMS微加速度计的种类

2.3 MEMS电容式微加速度计模型及工作原理

第三章 开关电容型微加速度计电容检测电路的分析与设计

3.1 电容式检测电路的种类

3.2 开关电容电路

3.3 开关电容电路的非理想因素

3.4 自动归零与相关双采样

3.5 可重置型开关电容增益电路

3.6 开关电容型检测电路的分析与设计

3.7 开关电容型检测电路的噪声

第四章 运算放大器的分析与设计

4.1 运算放大器的种类及比较

4.2 全差分增益增强运放的分析与设计

4.3 增益增强运放的频率特性

4.4 辅助运放的分析与设计

4.5 开关电容共模反馈电路

4.6 增益增强运放的噪声分析

第五章 开关电容型检测电路的仿真及版图设计

5.1 运算放大器的仿真

5.2 开关电容型检测电路的仿真

5.3 版图的设计

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果