基于斩波稳定技术的低噪声微电容读出电路优化设计

本文主要探讨了低噪声、低功耗的微电容读出电路的设计与优化，针对微机械系统（MEMS）微传感器应用的需求。作者运用斩波稳定技术作为核心策略，通过精细的电容匹配和多级优化方法来提升电路的性能。文章首先介绍了在噪声控制和功耗降低方面的设计理念，强调了对微小电容（如10^-18 F级别）的高精度检测能力。 电路设计的核心是双斩波稳定电路，这一设计基于 Cadence Spectre 在 CSMC 0.5 微米 CMOS 工艺下的仿真验证。仿真结果显示，该电路能够实现对微电容的稳定测量，其输出电压的变化与电容变化之间呈现出良好的线性关系，这对于确保传感器的准确性至关重要。输出电压的失调（即不随电容变化的固定电压）被控制在极低的38.9微伏，这显著减少了系统误差。 在噪声性能方面，等效输入噪声电压仅有17 nV/Hz^1/2，这表明电路在低频噪声抑制上表现出色，有利于提高信号的信噪比。在实际运行条件下，考虑到电源电压为5V，整个电路的功耗控制得非常低，仅为2.5毫瓦，显示出高效的能效管理。此外，输出延迟为6.29微秒，这是衡量电路响应速度的重要参数，对于实时数据采集而言具有很好的实用性。 这篇论文提供了一种实用的微电容读出电路设计策略，旨在满足微传感器在高性能、低功耗和低噪声方面的需求，对于微电子和传感器技术的发展具有重要的参考价值。通过这种优化，设计者能够在保持高灵敏度的同时，有效平衡电路的复杂性和功耗，为MEMS微型设备的广泛应用奠定了坚实的基础。