超低噪声CMOS振荡加速度计：亚微偏置不稳定性与创新读出电路

本文介绍了一种具有超低噪声CMOS读出电路的亚微偏置不稳定性微机械系统(MEMS)振动加速度计。该研究发表在2015年9月的《固态电路》(IEEE Journal of Solid-State Circuits)上，由杨钊、贾兆、谢西、夏国明、邱安平、苏艳和徐永平（均为IEEE学生会员或资深成员）共同完成。 研究的核心内容是设计了一种全差分的连续时间环形带通增益放大器(TIA)，作为加速度计前端读出电路的关键组件。这个新型TIA电路在保持高增益的同时，显著改善了带宽和噪声性能，达到了当时的先进水平，其输入电流噪声密度仅为6.6 femtoampere/Hz。这种低噪声特性对于降低微机械系统振荡器的偏置不稳定性至关重要，进一步降低了整体噪声底限。 TIA的增益范围从0.5 Hz到350 kHz达到45百万欧姆（MΩ），并且功耗极低，仅有583微瓦。为了减小位移引起的频率变化，即所谓的幅度刚度效应，加速度计采用了位移控制策略，通过精确稳定振荡频率，确保测量精度不受位移影响。 此外，由于采用CMOS工艺制造，该设计不仅实现了高性能，还具备集成度高、功耗低、成本效益好的优点，这使得亚微偏置不稳定性MEMS振荡加速度计在工业应用中具有极大的潜力，尤其是在需要高精度、低功耗环境监测和惯性导航系统中的应用。 这篇研究论文为微电子机械系统传感器的发展提供了创新的解决方案，展示了如何通过优化电路设计来提升MEMS振荡加速度计的性能，这对于推动MEMS技术在工业自动化、航空航天等领域的发展具有重要意义。