利用伪随机斩波技术的微弱MEMS信号检测电路.pdf

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1、2014年仪表技术与传感器2014第2期InstrumentTechniqueandSensorNo．2利用伪随机斩波技术的微弱MEMS信号检测电路何鑫-一，王玮冰r，祖秋艳，宋冬雪，孙业超(1．中国科学院微电子研究所，中国科学院微电子器件与集成技术重点实验室，北京100029；2．江苏物联网研究发展中心，江苏无锡214135)摘要：作为一种提高信号增益和降低电路噪声失调的技术手段，斩波放大技术能够比较理想地降低失调和噪声，但是在调制解调过程中，由于开关尖峰和电荷注入效应的影响，调制频率附近的纹波即残余失调和残余的

2、波动幅度仍然造成干扰。为了进一步减小这种失调的影响，提出伪随机斩波技术，利用伪随机信号的相关性可以将周围环境噪声降低，尤其是残余失调的干扰，因此伪随机斩波技术不仅可以将1／f噪声和运放失调降低，还可以有助于减小残余失调。利用上述方法的检测方法经过设计，电路具有120nV／Hz的输入噪声，闭环增益40dB，残余失调和1／f噪声降低到理想效果。关键词：斩波放大；伪随机频率；残余失调；MEMS中图分类号：TN492文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)02—0087—03WeakMEMSSignalDet

3、ectionCircuitUsingPseudo-randomChopperTechnologyHEXin’，WANGWei—bing’，ZUQiu—yan‘，SONGDong—xue，SUNYe—chao(1．InstituteofMicroelectronicsofChineseAcademyofSciencesKeyLaboratoryofMicroelectronicsDeviceandIntegratedTechnology，Beijing100029，China；2．SmartIntegratedSen

4、sorEngineeringCenterofJiangSuR&DCenterforInternetofThings，Wuxl214135，China)Abstract：Asatechnicalmethodtoimprovethegainofsignalandreducecircuitnoise，thechopperstabilizationtechniquecanberelativelyidealtoreduceoffsetandnoise．However，duetothemodulationanddemodula

5、tionprocess，switchingspikesandchargeinjectioneffecthasinfluenceoversystem．Astoperformance，residualoffsetstillexistsandcausesinterference．InordertOfurtherreducetheinfluenceofthisoffset，usingthecorrelationofthepseudorandomsignal，thepseudo—randomchoppertechnolo—g

6、Ymayreduceambientnoiseandreduceresidualoffset．IndetectingMEMSsensorsignal，thesetwotechnologiesnotonlycanlower1／fnoiseandoffset，alsocouldhelpreducetheresidualoffset．Usingthismethod，acircuithasbeensimulatedandtested，whichhas120nV／Hzinputnoiseanda40dBclosedloopga

7、in．Asabovedsimulated．thismethodhasagoodefectiveonnoiseandoff-set．Keywords：chopper；pseudo—randomfrequency；residualoffset；MEMS0引言和解调器s2同时受到斩波频率时钟CLK控制，左侧是一个典MEMS传感器前端读出电路因为其具有高线性度、电路结型的可变MEMS电容电桥电路，中间的运算放大器A1能够将构简单和温度系数小等优点，正受到更多的关注和研究。然而传感器的输出信号进行放大处理，通过解调器s2将失

8、调和噪MEMS前端读出电路位于处理电路中引入噪声和失调的重要声调制到高频，最后低通滤波器P1将高频的噪声和失调滤除，位置，这些噪声和失调必须通过电路处理技术将其消除。常用被解调器s2解调的低频信号则无衰减地通过低通滤波器P1，减小噪声和失调的技术有相关双采样⋯(CDS)、自稳零技术得到放大后的传感器信号。(auto-zero)和斩波放大技术(chopper)