一种采用嵌套斩波技术的Σ-Δ调制器的设计.pdf

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1、第26卷第6期传感技术学报Vo1.26No.6CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS2013年6月Jun.2013TheDesignofNested-Chopper一△ModulatorHUBin,XUDehui,XIONGBin(ShanghaiInstituteofMicrosystemandInformationTechnology,ChineseAcademyofSciences,StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology,NationalKeyLaborato

2、ryofMicrosystemTechnology,Shanghai200050,China)Abstract:Alow—noisesigma—delta(E-A)modulator,whichusesnested-choppertechnique,isdesignedforMEMSsensorwithlow一~equencyweakoutputvoltage.Theproposedmodulatorcombinescascadeintegratorsfeedforward(CIFF)architecturewithnested—chop

3、pertechnique.Theinherentlow~equencynoiseinthesensorinterfaceiselim-inated,andtheresidualoffsetintroducedbyCMOSchopperswitchesisalsoreduced.Simulationresultsshowthatthenested—chopper∑一Amodulatorpresentedcanrestrainthelow一~equencynoise.Thenested—chopper∑一Amodulatorachievesa

4、peaksignal—to-noiseratioof109dBoverabandwidthof100Hz,equalingtoaresolutionof17.8bits,satisfyingtherequirementofMEMSsensorwithlow—frequencyweakoutputvoltage.Keywords:MEMSsensor;signalprocessing;nested-chopper;∑一Amodulator;weaksignalEEACC:7320M:1205;7310Bdoi:10.3969/j.issn.

5、1004-1699.2013.06.018一种采用嵌套斩波技术的∑一△调制器的设计水胡斌,徐德辉,熊斌(中国科学院上海微系统与信息技术研究所,传感技术联合国家重点实验室,微系统技术国家重点实验室,上海200050)摘要:针对MEMS传感器输出电压小并且频率低的特点,设计了一种低噪声嵌套斩波∑一△调制器。该调制器采用单环积分器级联前馈(CIFF)结构与嵌套斩波技术结合,降低了传感器接口电路的低频噪声,并减小了CMOS电路中斩波开关引入的残余失调电压。仿真结果表明,提出的嵌套调制器可以有效抑制低频噪声。采用嵌套斩波∑一△调制设计,在100Hz

6、信号带宽内,调制器最高信噪比达到109dB,即17.8bits的有效位数,满足了MEMS传感器低频微弱信号检测的要求。关键词:MEMS传感器;信号处理;嵌套斩波;∑一△调制器;微弱信号中图分类号:TN43;TN379;TH70文献标识码:A文章编号:1004-1699(2013)06—0845一O6近年来,IC工艺技术发展的一个重要趋势就是输入信号中把噪声减去,通过补偿的方式消除噪声。实现智能传感器的集成j,而大多数传感器有输出斩波技术是把输入信号调制到高频,然后进行放信号小,频率低的特点,这就要求高分辨率的读出电大,解调后信号回到基带而

7、噪声被搬移到高频,通过路。在微系统的实现过程中,A/D转换器是必不可调制解调的方式分离噪声。这两种技术都可以降低少的模块,在众多类型的A/D转换器中,过采样低频噪声,但都存在缺陷,自调零技术需要大的电容∑一△调制器可达到很高的精度和很好地噪声性能,面积,引入了更多的热噪声,而斩波技术因工艺变化广泛应用于低频高分辨率的场合,特别是音频和传和开关的不理想性,在信号带宽内引入残余失调电感器电路。压。国内外对低频小信号读出电路有较多研究。柴不考虑电路内部噪声的情况下,过采样∑一△调旭朝等人利用斩波技术设计的微电容读出电路,等制器可达到很高的精度而

8、不需严格的片上器件匹效输入噪声为17nV/Hz。Christian等人采用基于配。但在实际应用中,如红外传感器读出电路,电滤波方式设计的斩波放大器_6J,等效输入噪声为15路中的低频噪声(1/

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