MEMS数字陀螺中开关电容检测电路的设计

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1、硕士学位论文MEMS数字陀螺中开关电容检测电路的设计DESIGNOFSWITCHEDCAPACITORDETECTIONCIRCUITFORMEMSDIGITALGYROSCOPE魏业玖哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN432学校代码：10213国际图书分类号：621.3.049.774密级：公开工程硕士学位论文MEMS数字陀螺中开关电容检测电路的设计硕士研究生：魏业玖导师：陈伟平教授申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：微电子科学与技术系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN432U.D.C:621.3.049

2、.774DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFSWITCHEDCAPACITORDETECTIONCIRCUITFORMEMSDIGITALGYROSCOPECandidate：WeiYejiuSupervisor：Prof.ChenWeipingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：IntegratedcircuitengineeringAffiliation：Dept.ofMicroelectronicsScienceandTechnologyD

3、ateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要数十年来，由于微电子技术与制造工艺的不断创新和发展，使得IC产业不断壮大。基于微机械系统MEMS的产品越来越来普遍的进入到军事与民用产品中。微机械陀螺仪作为MEMS器件中重要的分支之一，微机械陀螺仪已经成长为一种最具发展潜力的陀螺仪。因此，对于微机械陀螺的研究具有重要的国防价值和广阔的市场前景。微机械陀螺可以分为机械部分和电学部分两个部分构成。机械部分是指陀螺仪的机械敏感结构，本文主要是针对电容

4、式敏感结构。电学部分是指陀螺接口检测电路。陀螺接口检测电路能够检测出微小电容的变化，转化为可以被处理的电压信号，经过后级信号处理电路，输出和角速度同样变化的电压信号，实现对角速率的检测。本文对微机械陀螺检测原理，检测方式进行了分析，建立了微机械陀螺电容敏感结构的等效模型，并给出了开关电容检测电路的系统结构和噪声分析。然后分模块对整体检测电路进行低噪声设计。设计的检测电路主要包括电荷敏感放大器，次级放大器、采样保持电路和二阶低通滤波电路，并加入相关双采样电路来降低失调和低频噪声的影响。除此之外，还设计了一些辅助电路，包括前级开关电容放大电路的时钟控制电路，两相不交叠电路，带隙基准源电路

5、和参考电压产生电路。通过仿真可以得到带隙基准源及其参考电压产生电路稳定工作电压范围o为4.4V-5V，输出电压分别为2.5V，2V和1.2V，温度系数分别为2.14ppm/C、oo1.678ppm/C、1.477ppm/C，对检测电路仿真可以得到电路刻度因子为28.81mV/ff，o-9经补偿后刻度因子温度系数为86.7ppm/C，相对分辨率为7.76x10，整体功耗为o9.935mV，经版图后仿真，可以得到刻度因子温度系数为88.8ppm/C，相对分辨-9率为8.96x10。关键词：微机械陀螺；开关电容；相对电容分辨率；温度系数-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractF

6、ordecades,Asthemicroelectronicstechnologyandmanufacturingprocessofcontinuousinnovationanddevelopment,makingtheICindustrycontinuestogrow.BasedOnmicro-mechanicalsystemsproductsbecomemoreandmorecommontoenterintomilitaryandcivilianproducts.MicromechanicalgyroasoneoftheimportantbranchofMEMSproducts,

7、Micromechanicalgyrohasgrownintooneofthemostpotentialgyroscope.Therefore,theresearchofmicromechanicalgyroscopehasimportantnationaldefensevalueandbroadmarketprospect.Thecanbedividedintotwoparts,mechanicalpartandelectricalpart.Themec