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微机械谐振器MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）作为新型传感器有可集成性高、稳定性强、精度高和兼容性强等优势，在市场中得到越来越广泛的应用。MEMS输出信号易受噪声影响，故设计合理有效的自激/检测电路是提高MEMS测量精度的核心问题之一。相比开环，闭环方式的检测电路能够实时动态跟踪输出信号变化，具有更高的测量精度和敏感度。
本文经过对MEMS激励和检测电路结构的分析提出了全集成的闭环自激/检测方案。设计关键单元电路包含基于锁相环的LC压控振荡器、分频器、波形转换器和可变增益放大器。LC压控振荡器采用差分耦合结构，产生高频振荡信号后通过分频器进行分频。分频后的脉冲波通过滤波结构转换为正弦波，并在一定控制电压范围内通过可变增益放大器对输出增益实现线性变化的控制。该结构不仅可实现对MEMS动态信号高精度检测和高效实时的跟踪功能，动态控制自激信号增益的可变增益模块还让闭环自激/检测电路更稳定和完善。
基于TSMC0.18μm CMOS工艺，通过ADS2015射频仿真软件对电路进行仿真。仿真结果表明，低功耗LC压控振荡器在控制电压0V~1.8V时，频率范围为1.26GHz~1.33GHz。频率为1.28GHz时相位噪声为-126.448dBc/Hz@1MHz，功耗3.21mW。TSPC动态分频器可实现214分频。通过切比雪夫滤波结构设计的无相位差波形转换电路通带范围为7.94kHz~10.15kHz。VGA在0.4V~0.6V的控制电压范围下实现增益范围为-10dB~16dB的无相位差输出。通过Cadence软件对LC压控振荡器、分频器和VGA集成模块进行版图绘制并通过DRC和LVS验证，分别得到面积为659.83μm×446.71μm和49.68μm×138.86μm的版图。芯片测试结果表明：控制电压为0.3V和1.6V时，LC压控振荡器低频段和高频段的相位噪声分别为-125.87dBc/Hz@1MHz和-123.3dBc/Hz@1MHz。
该电路实现了自激和信号跟踪检测功能，在有效集成化、增加系统稳定性和可靠性的同时，大大缩小电路模块所需的体积和功耗。改进了MEMS敏感元件激励和检测的模式，对动态跟踪MEMS谐振频率的性能优化具有重要意义。
本文经过对MEMS激励和检测电路结构的分析提出了全集成的闭环自激/检测方案。设计关键单元电路包含基于锁相环的LC压控振荡器、分频器、波形转换器和可变增益放大器。LC压控振荡器采用差分耦合结构，产生高频振荡信号后通过分频器进行分频。分频后的脉冲波通过滤波结构转换为正弦波，并在一定控制电压范围内通过可变增益放大器对输出增益实现线性变化的控制。该结构不仅可实现对MEMS动态信号高精度检测和高效实时的跟踪功能，动态控制自激信号增益的可变增益模块还让闭环自激/检测电路更稳定和完善。
基于TSMC0.18μm CMOS工艺，通过ADS2015射频仿真软件对电路进行仿真。仿真结果表明，低功耗LC压控振荡器在控制电压0V~1.8V时，频率范围为1.26GHz~1.33GHz。频率为1.28GHz时相位噪声为-126.448dBc/Hz@1MHz，功耗3.21mW。TSPC动态分频器可实现214分频。通过切比雪夫滤波结构设计的无相位差波形转换电路通带范围为7.94kHz~10.15kHz。VGA在0.4V~0.6V的控制电压范围下实现增益范围为-10dB~16dB的无相位差输出。通过Cadence软件对LC压控振荡器、分频器和VGA集成模块进行版图绘制并通过DRC和LVS验证，分别得到面积为659.83μm×446.71μm和49.68μm×138.86μm的版图。芯片测试结果表明：控制电压为0.3V和1.6V时，LC压控振荡器低频段和高频段的相位噪声分别为-125.87dBc/Hz@1MHz和-123.3dBc/Hz@1MHz。
该电路实现了自激和信号跟踪检测功能，在有效集成化、增加系统稳定性和可靠性的同时，大大缩小电路模块所需的体积和功耗。改进了MEMS敏感元件激励和检测的模式，对动态跟踪MEMS谐振频率的性能优化具有重要意义。