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面向陀螺仪应用的两步逼近电容-电压转换电路

陈铖颖 王悦 高代法 尹家宇 王晓荃

陈铖颖, 王悦, 高代法, 尹家宇, 王晓荃. 面向陀螺仪应用的两步逼近电容-电压转换电路[J]. 微电子学与计算机, 2021, 38(9): 99-104.
引用本文: 陈铖颖, 王悦, 高代法, 尹家宇, 王晓荃. 面向陀螺仪应用的两步逼近电容-电压转换电路[J]. 微电子学与计算机, 2021, 38(9): 99-104.
CHEN Chengying, WANG Yue, GAO Daifa, YING Jiayu, WANG Xiaoquan. A two-step approximation capacitance-voltage circuit design for gyroscope application[J]. Microelectronics & Computer, 2021, 38(9): 99-104.
Citation: CHEN Chengying, WANG Yue, GAO Daifa, YING Jiayu, WANG Xiaoquan. A two-step approximation capacitance-voltage circuit design for gyroscope application[J]. Microelectronics & Computer, 2021, 38(9): 99-104.

面向陀螺仪应用的两步逼近电容-电压转换电路

基金项目: 

国家自然科学基金项目 61704143

福建省自然科学基金面上项目 2018J01566

厦门市青年创新基金项目 3502Z20206074

详细信息
    作者简介:

    陈铖颖  男,(1982-),博士,副教授.研究方向为混合信号集成电路设计.E-mail: chenchengying363@163.com

    王悦  女,(1997-),硕士研究生.研究方向为混合信号集成电路设计

    高代法  男,(1994-),硕士研究生.研究方向为混合信号集成电路设计

    尹家宇  男,(1997-),硕士研究生.研究方向为混合信号集成电路设计

    王晓荃  男,(1997-),硕士研究生.研究方向为混合信号集成电路设计

  • 中图分类号: TN492

A two-step approximation capacitance-voltage circuit design for gyroscope application

  • 摘要: 设计了一款面向MEMS陀螺仪检测应用的两级电容-电压转换电路.电路采用输入共模反馈技术,降低了寄生电容和增益电容引起的输入共模电压漂移;同时结合相关双采样、补偿电容与保持电容技术,实现了两步逼近的电压输出,降低了增益误差,提高了输出信号频率和精度.电路采用SMIC 0.18 μm 1P6M工艺进行实现.后仿真结果表明:电源电压3.3 V,在500 kHz采样时钟频率下,最大处理信号频率20 kHz,电容-电压灵敏度为12.4 mV/fF;在100 Hz带宽内输出信号动态范围为62.3 dB,平均功耗3.85 mW。
  • 图  1  电容-电压转换电路框图

    图  2  第一级电容-电压转换电路框图

    图  3  输入共模反馈运放电路

    图  4  主运放电路

    图  5  第二级电容-电压转换电路框图

    图  6  CV电路整体版图

    图  7  输出信号的时域波形

    图  8  输出差分电压与输入电容灵敏度曲线

    图  9  输出信号频谱图

    表  1  电容-电压转换电路性能参数比较

    参考文献 工艺
    /nm
    电源电压
    /V
    信号带宽
    /kHz
    动态范围
    /dB
    功耗
    /mW
    文献[3] CMOS180 nm 1.8 5 55.8 9
    文献[5] CMOS350 nm 1.5 >0.2 - 3.5
    文献[9] CMOS350 nm 1.5 20 >60 2.7
    文献[10] CMOS350 nm 5 2.75 >100 -
    本文 CMOS180 nm 3.3 20 62.3 3.85
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-14
  • 修回日期:  2021-01-22
  • 刊出日期:  2021-09-05

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