MEMS硅微麦克风的偏置电路及前置放大器的设计

论文摘要

随着无线通信技术的迅猛发展，便携式产品得到了广泛应用，小型化、超薄化是这些设备的主要特点。与传统的驻极体电容式麦克风ECM相比，MEMS硅微麦克风具有可以精确控制器件的结构尺寸，体积小、成本低、工艺重复性好及容易实现批量生产等优点，所以更能满足现代电子设备的上述设计要求。本文是在清华大学微电子所研制的MEMS硅微麦克风的基础上，为其设计相应的偏置电路和前置放大器。从而构成一个声音信号到电信号的转变的系统。偏置电路即由振荡器、D触发器、电荷泵电路和误差放大器组成的电荷泵系统，在电源电压为3．3V的情况下，电荷泵系统能够输出满足MEMS电容正常工作所必须的约11V的相对高电压。这样，MEMS硅微麦克风在声压的作用下，就能产生纳安级电流信号。由于信号十分微弱，且信噪比又比较低。不能直接驱动后极的功率放大器。必须经由低噪声前置放大器处理后才能输入到功率放大器进行功率放大。根据具体情况，本文设计了共栅级前置放大器，构成了直接从电流到电压转换的跨阻放大器。经过仿真验证，得出前置放大器的闭环增益约为20dB，输入噪声级为10-11A／（?）。满足低噪声的要求。在完成电路原理分析与电路设计的基础之上，本文采用上海先进的ASMC 0．35μmBI-CMOS工艺库参数，应用Cadence的spectre仿真器对子模块和整体电路进行了功能特性及关键参数仿真。仿真结果表明设计达到了预定要求，验证了理论分析的正确性和设计的可行性。采用Cadence系统软件提供的Virtuoso Layout软件进行了版图的设计工作，并且使用Dracula工具从单元电路到系统进行DRC，LVS验证，为下一步的流片工作做好了准备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的意义
• 1.2 课题的研究内容和目标
• 1.2.1 课题的研究内容
• 1.2.2 课题的目标
• 第二章 MEMS硅微麦克风
• 2.1 MEMS硅微麦克风的种类
• 2.2 电容式硅微麦克风的结构和工作原理
• 2.3 电容式硅微麦克风的电学参数
• 2.3.1 灵敏度
• 2.3.2 静态电容
• 2.3.3 频率响应
• 2.3.4 输出阻抗
• 第三章 系统结构设计
• 3.1 偏置电路
• 3.1.1 电荷泵
• 3.1.2 片上时钟生成模块
• 3.1.3 带隙基准源
• 3.1.4 误差放大器
• 3.2 前置放大器
• 3.2.1 前置放大器的种类
• 3.2.2 前置放大器的噪声特性
• 3.2.3 前置放大器的性能参数
• 第四章 电路的结构设计及仿真验证
• 4.1 偏置电路
• 4.1.1 电荷泵
• 4.1.2 振荡器
• 4.1.3 D触发器
• 4.1.4 带隙基准电压源
• 4.1.5 误差放大器
• 4.2 前置放大器
• 第五章 版图设计和优化
• 5.1 布局
• 5.2 版图设计规则的检查DRC
• 5.3 版图与电路一致性检查LVS
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢