微加速度计电路的集成设计研究

论文摘要

本文主要对微加速度计的信号检测电路进行了研究,并对电路模块进行了底层的分析和设计。主要研究和完成了以下几个方面的内容;（1）通过对微机电（MEMS）专用设计软件的学习和应用,对叉指式微加速度计机械表头进行了设计和仿真。结合实际情况,确定微加速度计结构参数和工艺文件,利用软件进行二维和三维实体建模。建立了符合实际要求的微加速度计表头模型,仿真微加速度计在各方向下对于外加加速度的响应。（2）采用两种不同的闭环电路结构;双路调制型和模拟开关电容检测电路。完成了系统级的机械-电子总体设计和仿真。（3）利用软件中的金属-氧化物-半导体晶体管虚拟元件库,对系统电路中的单元模块进行了电路级的设计和仿真。完成电路结构中基本模拟电路模块的集成化设计,如;模拟开关、电压/电流基准源、时钟产生和控制电路、运算放大器、比较器及模拟乘法器等关键模块。在设计中综合考虑了工艺参数和环境因素对电路的影响。（4）运用集成电路设计软件cadence对两种电路,在电路级进行了整体功能仿真。完成了电路整体仿真,验证了电路系统和电路模块在功能上的正确性。并对集成电路版图设计进行了初步分析。论文完成了课题预期的各项设计目标,为微加速度计检测电路的芯片设计做出了一定的贡献,同时也为其他类似电路的集成化设计打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 研究内容和方法
• 第二章 叉指式微加速度计原理和建模
• 2.1 叉指式微加速度计原理
• 2.2 微小电容信号检测电路分析
• 2.2.1 环形二极管电路
• 2.2.2 双路调制型前置电路
• 2.2.3 双载波低阻调制型前置电路
• 2.2.4 单载波电容桥高阻调制型前置电路
• 2.2.5 模拟开关电容检测电路
• 2.2.6 选择结果
• 2.3 叉指式微加速度计的建模
• 2.4 小结
• 第三章 双路调制型电路系统设计
• 3.1 开环电路系统
• 3.2 闭环电路系统
• 3.3 双路调制型电路结构设计
• 3.3.1 电荷放大器
• 3.3.2 差动运算放大器
• 3.3.3 低通滤波器
• 3.3.4 乘法器
• 3.3.5 增益放大环节和反馈环节
• 3.3.6 微加速度计测量量程
• 3.3.7 PID调整环节
• 3.4 双路调制型电路的系统建模
• 第四章 模拟开关电容电路系统设计
• 4.1 第一级开关电容积分器
• 4.2 第二级积分器
• 4.3 比较器电路
• 4.4 脉冲采样电路
• 4.5 钟控制信号产生电路
• 4.6 指式微加速度计系统建模
• 4.7 小结
• 第五章 电路模块的设计
• 5.1 无源器件的实现
• 5.1.1 电阻
• 5.1.2 电容
• 5.2 模拟开关
• 5.2.1 电子模拟开关的实现
• 5.2.2 开关产生的误差
• 5.2.2.1 沟道电荷注入
• 5.2.2.2 时钟馈通
• 5.2.3 电荷注入抵消
• 5.3 参考源的设计
• 5.3.1 基准电压源设计
• 5.3.2 中间电平参考电压源设计
• 5.4 时钟产生及时钟相位控制电路
• 5.4.1 时钟产生
• 5.4.2 时钟相位控制
• 5.5 集成运算放大器的设计
• 5.5.1 单端输出的运算放大器
• 5.5.2 双端输出的运算放大器
• 5.6 比较器设计
• 5.7 模拟乘法器的设计
• 5.8 小结
• 第六章 电路级的系统仿真和版图设计探讨
• 6.1 电路级的系统仿真
• 6.1.1 双路调制型电路
• 6.1.2 模拟开关电容电路
• 6.2 版图设计的初步探讨
• 6.2.1 集成电路中器件的隔离
• 6.2.2 锁存（LATCH-UP）现象
• 6.2.3 输入 ESD保护电路
• 6.2.4 天线效应
• 6.2.5 匹配电路的设计
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 7.3 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录 研究生期间发表论文情况