MEMS电容传感器信号处理ASIC研究与设计

摘要

基于微机械加工技术的传感器是一类很重要的传感器。实现IC兼容工艺后，可以将微机械传感器敏感芯片与相应的接口电路集成在同一个硅片上，降低制造成本，重复性与一致性好，具有高的灵敏度和分辨率。电容式传感器是将被测的非电量变化转换为电容量变化的一类传感器，它广泛应用在压力、湿度、温度和加速度等测量中，具有功耗低、灵敏度高、受温度的影响小等优点。MEMS电容传感器结合了电容传感器和MEMS传感器的优点，成为现在传感器领域一个研究热点。 随着MEMS工艺的逐渐提高，传感电容越来越小，外界物理量引起的传感电容的变化更是微小，这样检测电路就变的相对复杂。传感器的检测精度很大部分被检测电路所限制。本文设计了一种低噪声电容检测ASIC。 本论文的主要的研究工作和成果如下： (1)研究MEMS电容传感器工作原理，确定等效模型，根据传感器工作范围、精度要求等确定检测ASIC性能指标。 (2)根据性能指标，查阅文献，确定检测方法，确定电路原理图。 (3)设计检测ASIC需要的低噪声放大器，时序控制电路等，完成整体电路晶体管级设计。 (4)完成整体电路的版图设计，对版图进行检查和后仿真，确定最终电路形式。送交代工厂流片。 (5)对电路进行深入分析，总结不足，提出进一步研究的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题研究的背景

1.1.1集成电路设计技术的发展

1.1.2 MEMS技术及MEMS传感器

1.2 MEMS电容式加速度计检测ASIC研究现状及意义

1.3本论文的主要研究内容

第二章CMOS运算放大器的设计

2.1 CMOS运放概述

2.1.1 CMOS运算放大器设计指标

2.1.2 CMOS运算放大器的分类

2.2模拟集成电路设计流程

2.3本检测电容电路中用到的两级运算放大器设计与实现

2.3.1运放结构的选取

2.3.2运放性能的仿真

第三章MEMS电容传感器检测电路系统的设计

3.1微电容检测

3.1.1微电容检测原理

3.1.2微电容检测的常用方法

3.1.3本文采用的方法

3.2时序电路的设计

3.2.1 两相不交叠时钟的产生

3.2.2二分频电路的设计

3.2.3脉宽不对称分频器的设计

3.2.4所有时序电路的实现

3.3低噪声低失调放大器的设计

3.3.1低噪声运放拓扑结构的选取

3.3.2斩波方法的选取

3.3.3斩波放大器的电路结构

3.3.4斩波放大器的设计结果

3.4 C-V转换电路的设计

3.5双端转单端电路设计

第四章 电容检测ASIC版图设计及验证

4.1版图设计工具的介绍

4.1.1 版图编辑工具Virtuoso Layout Editor

4.1.2版图验证工具Dracula

4.1.3 Mentor Calibre

4.2版图设计流程

4.3版图设计的注意要点

4.3.1 天线效应

4.3.2 Dummy的设计

4.3.3 Guard Ring的设计

4.3.4 Match的设计

4.4 电容检测ASIC的版图绘制

第五章总结与展望

参考文献

附录lvs检查报告

致谢

在读期间发表的论文与取得的研究成果