集成SAR-ADC的MEMS陀螺仪高精度模拟接口电路设计

"该资源是一篇发表在《北京大学学报(自然科学版)》2014年第4期的学术论文，作者团队来自北京大学微纳米加工技术国家实验室。论文提出了一种针对电容式MEMS（微电子机械系统）陀螺仪的高精度模拟接口电路设计，其中集成了1.25 MS/s的14位SAR-ADC（逐次逼近型模数转换器），旨在降低模拟电路的复杂性并提高数字信号处理的精度。该接口适用于共振频率在3至15 kHz范围内的MEMS陀螺仪。在0.18微米CMOS工艺下实现了电路设计，并在3.5 kHz频率下，实现了0.03 aF/√Hz的输出电容噪声密度。" 这篇论文详细介绍了一种为电容式MEMS振动陀螺仪设计的高分辨率模拟接口电路。首先，他们采用了增益级（Agm-stage）和跨阻放大器（TIA）作为第一阶段，以实现低噪声的电容到电压（C/V）转换。这样的设计有助于减少系统噪声，提高信号质量。接下来，通过集成高速14位SAR-ADC，将驱动模式和感应模式的信号转换到数字域。SAR-ADC的高速采样率（1.25 MS/s）确保了数据采集的快速和精确，使得在数字域内对信号进行处理时能够获得更高的准确度。 论文指出，这种模拟接口设计特别适合那些具有3 kHz至15 kHz共振频率的MEMS陀螺仪。这样的频率范围涵盖了常见的MEMS陀螺仪应用。在实际的电路测试中，实验结果显示在3.5 kHz工作频率下，输出电容的噪声密度达到了极低的0.03 aF/√Hz。这表明了该接口电路在抑制噪声、提高传感器读取精度方面的优越性能。 总体来说，这项研究在MEMS陀螺仪的信号处理技术上做出了重要贡献，通过集成SAR-ADC降低了模拟电路的复杂性，并提升了数字信号处理的精度，为未来的MEMS传感器设计提供了新的思路和方案。此外，通过在0.18微米CMOS工艺中实现这一设计，还展示了其在微电子领域的实用性和可行性。