【摘要】：微加速度計(jì)由于其廣闊的研究和應(yīng)用前景，以及巨大的軍事和民用價(jià)值，逐漸成為微傳感器領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。在各類加速度計(jì)中，電容式Sigma-delta加速度計(jì)憑借高精度、低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲特性好、能良好兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝等優(yōu)點(diǎn)，在離散時(shí)間系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，集成化、閉環(huán)工作、直接數(shù)字輸出等工作方式成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。而高性能的接口電路是實(shí)現(xiàn)高性能加速度計(jì)的關(guān)鍵，因此，開展Sigma-delta數(shù)字加速度計(jì)接口電路的研究具有重要的理論與應(yīng)用意義。 噪聲特性是高精度微加速度計(jì)最重要的性能指標(biāo)之一。本文分析了Sigma-delta數(shù)字加速度計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理，選擇五階分布式反饋型Sigma-delta數(shù)字加速度計(jì)進(jìn)行深入研究，并對(duì)開關(guān)熱噪聲、折疊熱噪聲、運(yùn)放噪聲、積分器噪聲與量化噪聲等加速度計(jì)接口電路的主要噪聲源進(jìn)行了細(xì)致的原理分析、噪聲建模，并討論了各類噪聲之間的相互作用。以理論分析為基礎(chǔ)計(jì)算出加速度計(jì)系統(tǒng)的等效輸出噪聲，，通過測(cè)試芯片的靜態(tài)噪聲特性驗(yàn)證了理論分析與計(jì)算的準(zhǔn)確性。 本文在Matlab的Simulink平臺(tái)上完成了Sigma-delta數(shù)字加速度計(jì)的系統(tǒng)級(jí)噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用四階前饋求和結(jié)構(gòu)替代五階分布式反饋結(jié)構(gòu)，在提高環(huán)路增益的同時(shí)保證了穩(wěn)定性。減小電荷放大器中的反饋電容值，提高前級(jí)增益。加入相關(guān)雙采樣電路，抑制低頻干擾。通過減小前級(jí)運(yùn)放的帶寬與等效輸入噪聲，來降低折疊熱噪聲。本設(shè)計(jì)采用0.5μmCMOS工藝實(shí)現(xiàn)，電源電壓5V，在Cadence中完成了各模塊電路的設(shè)計(jì)，并利用Spectre工具對(duì)整體電路進(jìn)行了模擬仿真。仿真結(jié)果表明，Sigma-delta數(shù)字加速度計(jì)系統(tǒng)各模塊工作正常，加速度計(jì)閉環(huán)等效輸出噪聲約為100nV/Hz1/2，500Hz帶寬內(nèi)信噪失真比為94.5dB。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH824.4;TB53

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉云濤;電容式SIGMA-DELTA微加速度計(jì)接口ASIC芯片研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 徐建;高精度ΔΣ調(diào)制器的高性能優(yōu)化技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2585176