协同设计：优化传感器性能——ASIC与MEMS集成策略

实现最优的传感器：ASIC与MEMS协同设计方法 在这个文档中，作者探讨了在设计闭环传感器系统时，特别是涉及微机械式(MEMS)和应用特定集成电路(ASIC)的集成过程中，面临的挑战和关键策略。传感器性能的高度依赖性意味着系统设计必须精细平衡多个因素，如ASIC的噪声预算、激励电压、功耗和MEMS技术特性。 首先，微机械式惯性传感器因其便携性和高精度，在消费电子（如手机、相机和游戏控制器）、工业、汽车安全以及导航等领域扮演着重要角色。电容式传感器因其高热稳定性和灵敏度，特别受到青睐。它们的基本接口通常包括电容到电压转换器(C/V)、模数转换器(A/D)和信号调理电路，但开环工作模式对MEMS参数非常敏感，线性度和动态范围要求严格。 为了优化性能，闭环设计被推荐，通过引入负反馈，可以改善传感器的带宽，降低对工艺和温度变化的敏感性。力反馈系统的设计中，克服电容的电压比力(V/F)二次关系是关键。采用差分激励信号可以部分抵消这一问题，但需要精确匹配的电容，否则会限制性能。然而，这种方法增加了ASIC的复杂性。 另一种解决方案是采用两级bang-bang反馈，这种方法利用了二阶V/F关系的线性特性，且不受电容匹配度的影响，更为灵活。这种协同设计方法强调了根据传感器的整体性能目标进行系统级设计的重要性，而非先设计MEMS再添加ASIC，以确保系统的稳定性和性能最大化。 优化传感器设计需要深入理解MEMS和ASIC之间的交互，同时考虑到技术限制、成本和功耗等因素，通过有效的协同设计，以达到最佳的系统性能。