CMOS工艺的微机械陀螺仪接口电路设计

• 作 者: 龚坤
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 陀螺仪 微机械 接口电路 CMOS

陀螺仪用来测量物体转动的角速度或角度，获得的数据经过处理后就可以得到物体运动的速度、位移、方向等信息，从而可以精确捕捉物体的姿态从而相应进行控制。陀螺仪在汽车、航空航天、军事、工业、医疗等领域有着极为广泛的应用。作为陀螺仪的一种，微机械陀螺仪与传统的陀螺仪相比，具有成本低、体积小、重量轻等优点，因而其应用前景最为广泛。　　
陀螺仪系统的微机械敏感结构部分的性能提高受到成本，工艺的限制有较高难度，故提高接口电路的各项性能成为提升整个系统性能的关键。因此，电容检测电路作为微机械陀螺仪系统中非常重要的组成部分，该电路的各项性能指标起着决定性作用。目前国内使用的陀螺仪接口电路基本采用分立元件搭建而成，主要问题是寄生效应比较严重，精度差，体积大，功耗大。因此单片集成的接口电路的研究具有重大意义。　　
为了实现电路功能并达到各项指标要求，本文从系统设计到各模块的电路参数优化设计均有详细的分析与描述。本课题采用Chartered 0.35μm CMOS工艺，所设计的低噪声微机械陀螺仪接口电路由敏感电荷放大器、主放大器、后续信号处理电路等三个部分组成，采用开关电容电路实现，其中使用了相关双采样以及底极板采样等技术。该芯片在动态敏感电容固有驱动频率2-6 kHz、哥氏力信号带宽100 Hz的情况下，系统整体增益为4.33 mV/fF，分辨率高于0.1aF，整体电路版图面积0.975×1.030 mm2。在相关双采样的采样频率10MHz时，3.3 V电压下电路整体功耗16.3 mW。