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高动态范围闭环微加速度计接口ASIC电路设计

作　者: 陈璟恒
导　师: 刘晓为
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 微加速度计噪声量程动态范围
分类号: TH824.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 49次
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内容摘要

闭环电容式微加速度计凭借其高灵敏度、高动态范围、低功耗、体积小等优点,成为了惯性器件研究的热点。随着微加速度计在商用、民用、军用等各个方面的广泛普及,对于其性能的要求也越来越高。对于闭环微加速度计来说,其性能指标主要取决于接口电路。因此,设计高性能的接口电路,是提高闭环微加速度计的动态范围的重要途径。闭环微加速度计的噪声以及量程大小决定了加速度计的动态范围。本文在研究了闭环微加速度计工作原理、接口电路结构的基础上,详细分析了微加速度计各部分噪声,其中前级运算放大器噪声和参考电压噪声对整体噪声影响显著,是主要的噪声源。利用HP35670A动态分析仪测试微加速度计噪声,接口电路分别搭载618所翘板式结构和北京大学叉指式结构,噪声测试结果为搭载618所翘板式结构时,加速度计的系统实测噪声密度为10μV/ （Hz）^1/2 ;搭载北京大学叉指式结构时,加速度计系统实测噪声密度为8μV/ Hz。在分析与测试结果基础上,设计低噪声前级运算放大器,从仿真结果可知,前级运算放大器热噪声由19.494nV/ （Hz）^1/2降至8.010nV/ （Hz）^1/2。利用基准源搭载参考电压供电模块,使电源信噪比由-100dB升高到-140dB。针对后级运算放大器进行了提高摆幅设计。最后通过整体仿真证实,系统的量程得到了很大提高,微加速度计的动态范围提高到120dB以上。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-17
    1.2.1 微加速度计种类  9
    1.2.2 国外发展现状  9-13
    1.2.3 国内发展现状  13-14
    1.2.4 电容检测技术现状  14-17
  1.3 研究的目的和意义  17
  1.4 研究内容  17-18
第2章闭环微加速度计工作原理  18-27
  2.1 引言  18
  2.2 微结构部分工作原理  18-19
  2.3 差分电容检测原理  19-21
  2.4 闭环微加速度计  21-23
    2.4.1 静电力平衡原理  21-23
    2.4.2 闭环加速度计与开环加速度计差异  23
  2.5 闭环加速度计工作原理  23-26
    2.5.1 静态响应分析  24-25
    2.5.2 动态响应分析  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章闭环微加速度计噪声分析  27-39
  3.1 引言  27
  3.2 噪声基本理论  27-29
  3.3 机械噪声  29
  3.4 电路噪声  29-37
    3.4.1 前级放大器噪声  30-34
    3.4.2 KT/C噪声  34
    3.4.3 参考电压噪声  34-35
    3.4.4 开关电阻热噪声  35-36
    3.4.5 电荷注入与时钟馈通  36-37
  3.5 噪声测试  37-38
  3.6 本章小结  38-39
第4章高动态范围ASIC电路设计  39-49
  4.1 引言  39
  4.2 前级运放低噪声设计  39-41
  4.3 后级运放大摆幅设计  41-43
  4.4 参考电压降低噪声设计  43-45
  4.5 相关双采样对噪声的抑制  45-46
  4.6 动态范围分析  46-48
  4.7 本章小结  48-49
结论  49-50
参考文献  50-54
致谢  54

高动态范围闭环微加速度计接口ASIC电路设计

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