高精度CMOS MEMS陀螺仪电容读出电路设计与优化

"一种用于MEMS陀螺的高精度电容读出电路的设计* (2010年)" 本文是工程技术领域的论文，详细介绍了在0.5微米CMOS工艺技术下设计的一种高精度电容式微电子机械系统（MEMS）陀螺仪的读出电路。针对电容式MEMS陀螺仪的特性，该设计着重解决了接口电路中的关键问题，如寄生电容的影响、器件不匹配以及低频噪声。 首先，论文深入分析了接口电路中寄生电容和器件不匹配对系统性能的影响。寄生电容会降低测量精度，影响陀螺仪的灵敏度和稳定性，而器件之间的不匹配可能导致噪声增加和系统误差。为了克服这些挑战，设计者采用了连续时间电压读出方式，这是一种能有效提高读出精度的技术。 接下来，设计的核心是一个带有输入输出共模反馈的低噪声全差分电荷运算放大器。这种放大器可以将输入输出共模电压稳定在2.5伏，确保系统的稳定工作状态。此外，其输入端的噪声电压低至9纳米伏(nV)，这显著降低了噪声对信号的影响，提高了测量的信噪比。 为了进一步消除低频闪烁噪声，论文还引入了载波调制技术。这种技术通过调制信号频率，能够有效地滤除特定频率范围内的噪声，特别是那些难以用常规滤波手段去除的低频噪声。 设计完成后，利用Cadence软件进行了详细的电路仿真，验证了设计的有效性。之后，根据仿真结果制作了实验用的PCB电路板，实际测试结果表明，提出的接口电路成功地减少了寄生电容的影响，抑制了耦合信号和噪声，同时减小了由器件不匹配产生的误差，从而提高了整个MEMS陀螺仪的性能和稳定性。 这篇论文提供了一种创新的解决方案，以应对电容式MEMS陀螺仪在高精度应用中的技术难题，对于MEMS传感器的设计和优化具有重要的理论和实践价值。通过优化读出电路，可以提升陀螺仪的精度和可靠性，这对于惯性导航、无人机控制、虚拟现实设备以及其他依赖于精确角速度测量的领域具有深远的影响。