锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷是一种可将机械能和电能相互转换的陶瓷材料。利用其压电特性设计成的压电传感器广泛应用于声纳系统、气象探测、遥感环保、家用电器、医疗和通信等领域。由于PZT传感器中压电元件输出的信号较为微弱,易受电路和外部环境等因素的影响,设计高精度的PZT传感器读出电路难度较大。故本文的研究关键点在于如何抑制噪声并提升PZT传感器读出电路精度。同时,本文对读出电路进行了集成化设计,证明了其具有一定的可应用性。主要研究工作总结如下:本文首先基于MATLAB建模仿真,模拟了在各种因素下的相关参数范围,以指导后续的电路设计。然后进行整体电路的设计和搭建,包括自动增益控制(AGC)和ADC两个主要部分。传感器先将信号传输到可变增益放大器中进行放大,然后由具有低频噪声抑制作用的ADC转换为数字码,自动增益控制电路读取数字码,并自动选择增益放大的范围。自动增益部分由可变增益放大器和增益控制组成。本文采用可编程增益放大器作为VGA,以提高读出电路对不同幅值信号的适应能力。模数转换器电路主要由调制器和滤波器构成,在提高精度的同时,降低一定的功耗和面积。调制器采用三阶sigma-delta ADC,由开关电容积分器、一位比较器、反馈DAC、两相非交叠时钟、斩波时钟等构成。数字抽取滤波器主要由FIR滤波器实现。最后完成模拟部分的版图设计及后仿真。PZT传感器读出电路的模拟前端的设计基于smic 0.18μm工艺。读出电路的过采样率为128,整个电路在3.3V电源以及信号带宽为1k Hz下工作。对整体电路进行仿真后,得出信噪失真比为95.6d B,有效位数(ENOB)达到15.58bits。证明本文PZT传感器读出电路具有可行性和有效性。