目前MEMS加速度计,以其在体积、功耗、成本方面的优势,已经在消费类市场中得到了大规模应用。近年来,采用数字静电力伺服的∑Δ闭环加速度计在噪声、带宽、线性度等方面性能进一步提升,推动了MEMS加速度计向更高端应用发展。但残余应力所导致的MEMS加速度计的长期漂移问题,是限制其在高端工业和军事领域中大规模应用的主要障碍。其中零位漂移问题对系统的影响最为严重。基于纯电学激励的在线自检测、自校准技术是解决这一问题的有效手段。但目前的自检测、自校准方法仅能实现MEMS失效的自检测或低精度的开环加速度计校准,尚缺乏针对高精度数字闭环加速度计的在线自校准技术的研究。针对上述问题,本文将对数字闭环加速度计的零位漂移在线自检测、自校准技术展开深入研究。MEMS结构在加工和封装过程中不可避免的引入残余应力。使用过程中残余应力缓慢释放,将引发敏感结构发生形变,造成传感器输出零位漂移。研究发现,当敏感结构发生形变偏离中心平衡位置时,系统的对称性将遭到破坏,进而引发偶次谐波失真。本文建立了基于谐波失真的闭环零位漂移模型,揭示了偶次谐波失真与闭环零位漂移之间的线性关系,并通过实验验证了模型与理论的正确性。基于这一特性,通过对MEMS敏感结构施加1Bit∑Δ调制的数字静电激励并测量系统输出响应中偶次谐波失真的方法,实现了传感器闭环零位漂移的自检测。在此基础上,本文提出了一种片上自适应的数字自校准方法。利用同步正交解调技术,实现了强背景量化噪声下自检测偶次谐波失真分量的精确提取。依据提取到的幅值和相位信息,构建了数字自适应校准环路,自动调整前端电容阵列的大小和方向,补偿MEMS敏感电容的失配,实现了MEMS加速度计闭环零位漂移的在线自校准。在自检测激励注入下,MEMS活动质量块的位移波动增大,使数字闭环加速度计的环路稳定性问题更为严重。对此本文建立了包含非理想位移调制效应的环路稳定性模型。进一步分析发现,静电力位移调制效应一方面引入局部正反馈,另一方面会造成环路增益扩张,二者均不利于系统的稳定。最后得出了考虑上述效应后,维持系统稳定,环路参数所需满足的上下边界条件。实验结果显示,改进模型与实测结果吻合更好。根据所得到的关系优化系统参数后,稳定裕度大幅改善,静电激励注入后系统易于失稳的问题得到有效解决。在上述研究的基础上,设计了具备自校准功能的∑Δ数字闭环加速度计接口ASIC芯片,并采用0.35μm高压BCD工艺进行了工程批流片。芯片面积4.2mm×4.0mm,功耗37.5m W,其中数字自校准电路面积占比仅为1/5,功耗占比仅为1/20。配合合作单位提供的三明治式MEMS敏感结构,进行了整机测试。测试结果显示,整机实现了1μg/√Hz的等效输入噪声密度,满量程±10g,动态范围140d B,信号带宽1k Hz。开启自校准模式后,系统零位偏移由150mg下降至4mg;在不同输入加速度下,零位自校准的效果不变,校准后的零位漂移均小于4mg。实验结果显示所提出的基于谐波失真的自校准方法有效,不受外部加速度影响,可实时在线进行零位漂移的在线校准。