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MEMS微麦克风读出电路设计与实现

作　者: 于海明
导　师: 肖谧
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: MEMS微麦克风带隙基准电荷泵前置放大器
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着消费类电子产品的不断发展，MEMS微麦克风的市场需求量不断扩大，其读出电路的需求量也随之不断增加；MEMS微麦克风读出电路的性能对整个麦克风的性能起着至关重要的作用。国内外许多公司都着力于研发低功耗、低噪声、低成本的MEMS微麦克风读出电路，以抢占市场份额。本文设计了一种配合MEMS微麦克风的读出电路。本文所设计的MEMS微麦克风读出电路主要由偏置电压电路和前置放大器电路两大部分组成。本文详细地分析了这两大部分的结构并分别进行改进，其中偏置电压电路部分在传统结构基础上着重改进了带隙基准电压电路和电荷泵电路。带隙基准电压电路利用多晶硅电阻的温度系数补偿负温度系数电压的高阶项，降低了带隙基准电路的温漂；并且采用斩波技术消除了器件失配对带隙基准输出电压值的影响。电荷泵结构的主体是采用改进的Latched电荷泵，能够抑制Latched电荷泵的漏电流；电荷泵的最后一级增加了一组时钟信号来抑制输出端的电荷泄露，降低电压纹波。前置放大器电路部分的核心结构是一个源跟随器及其反馈环路，以达到传递声音信号的目的。此部分着重改进了稳定电荷电路，采用了一种电路结构替代了大电阻，使其能够集成到芯片内部。本设计采用XFAB公司的XH035的0.35μm尺寸下BCD工艺进行设计，完成了整个电路的设计工作，目前电路已经流片，经过仿真可知电路各项参数指标均达到设计要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-12
  1.1 研究背景及课题提出的意义  7-8
  1.2 MEMS 微麦克风的种类  8-10
    1.2.1 压电式硅微麦克风  8-9
    1.2.2 压阻式硅微麦克风  9
    1.2.3 电容式硅微麦克风  9-10
  1.3 电容式硅微麦克风读出电路的工作原理  10-11
  1.4 课题的研究内容  11-12
第二章 MEMS 微麦克风读出电路的系统结构  12-16
  2.1 读出电路的输入输出端口  12-13
  2.2 微麦克风偏置电压电路  13-14
    2.2.1 时钟电路  13
    2.2.2 带隙基准电压电路  13
    2.2.3 偏置电流源  13-14
    2.2.4 电荷泵  14
    2.2.5 电荷泵滤波器  14
  2.3 微麦克风前置放大器电路  14-16
    2.3.1 稳定电荷电路  14-15
    2.3.2 前置放大器及其反馈环路  15
    2.3.3 前置放大器滤波器  15-16
第三章微麦克风偏置电压电路设计  16-41
  3.1 时钟产生电路  16-18
  3.2 带隙基准电压电路  18-30
    3.2.1 传统带隙基准电压电路的原理  19-20
    3.2.2 现有降低温度系数的方法  20-25
    3.2.3 低温度系数带隙基准电压电路的实现方法  25-28
    3.2.4 带隙基准电压电路失调电压的消除  28-30
  3.3 电荷泵缓冲器结构  30-32
  3.4 电荷泵主体  32-41
    3.4.1 几种常见的电荷泵结构  32-37
    3.4.2 前八级电荷泵结构  37-38
    3.4.3 输出级电荷泵结构  38-41
第四章微麦克风前置放大器电路设计  41-54
  4.1 稳定电荷电路  41-42
  4.2 前置放大器及其反馈环路  42-54
    4.2.1 与电源电压无关的基准电流源  44-46
    4.2.2 前置放大器的输出阻抗分析  46-49
    4.2.3 前置放大器的噪声特性分析  49-54
第五章版图设计及仿真结果  54-66
  5.1 版图布局  54-59
    5.1.1 版图整体布局  54-56
    5.1.2 版图设计的匹配  56-57
    5.1.3 版图的检查  57-58
    5.1.4 电路结构的多版本设计  58-59
  5.2 微麦克风偏置电压电路部分的仿真结果  59-63
    5.2.1 时钟电路的仿真结果  60
    5.2.2 带隙基准电压电路的仿真结果  60-62
    5.2.3 整个偏置电压电路的仿真结果  62-63
  5.3 前置放大器部分的仿真结果  63-66
    5.3.1 稳定电荷电路的仿真结果  63-64
    5.3.2 前置放大器电路的仿真结果  64-66
第六章总结与展望  66-68
参考文献  68-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72
致谢  72

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