【摘 要】
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电容式加速度传感器是目前研究最多的一类加速度传感器。随着我国航空航天事业的蓬勃发展,加速度传感器作为导航制导的关键器件广泛应用于运载火箭、人造卫星等领域中。在这些使用环境下加速度传感器会暴露于不同程度和不同形式的辐射中,影响了系统的功能。因此工作在这些环境中的加速度传感器必须要有抵制损伤即抗辐照的能力。接口电路作为加速度传感器的关键部分,必须从检测精度、功耗和噪声等方面优化其性能,同时针对应用于辐
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电容式加速度传感器是目前研究最多的一类加速度传感器。随着我国航空航天事业的蓬勃发展,加速度传感器作为导航制导的关键器件广泛应用于运载火箭、人造卫星等领域中。在这些使用环境下加速度传感器会暴露于不同程度和不同形式的辐射中,影响了系统的功能。因此工作在这些环境中的加速度传感器必须要有抵制损伤即抗辐照的能力。接口电路作为加速度传感器的关键部分,必须从检测精度、功耗和噪声等方面优化其性能,同时针对应用于辐射环境下的电容式加速度传感器,要求其接口电路至少可以抵抗100Krad(Si)的总剂量效应。本文完成了抗辐照电容式微加速度计接口电路的设计,主要的工作有:1,接口电路主要模块的优化设计和仿真,包括:对电容电压转换电路中的前置放大电路进行低噪声优化设计,将开关电容结构和相关双取样技术应用于电路中来减少寄生电容、低频噪声和失调的影响;设计完成电容电压转换电路,基于单端检测方式实现了全差分电路结构;设计完成可编程增益放大电路,通过分时复用,分时输出实现全差分电路结构的同时,还可以使放大器输出连续信号;设计完成差分结构sallen-key低通滤波器,通过一个全差动差分放大器实现差分结构,同时降低了滤波器的功耗。在滤波器中应用可变电容阵列,可以对截止频率进行调节。2,分析集成电路的总剂量效应和单粒子效应,结合接口电路的结构,主要针对总剂量效应进行抗辐照加固。采用版图加固方法,选用H形栅NMOS管,并用Sentaurus TCAD软件和普通条形栅NMOS管进行对比验证,得到辐射前后的转移特性曲线,按照曲线修改接口电路中NMOS管的电学参数后完成整体电路的抗总剂量效应仿真。3,完成抗辐照电容式微加速度计接口电路的版图设计。本文设计的接口电路采用X-FAB公司0.18μm CMOS工艺,版图面积3mm×1.3mm。电路仿真结果表明,电容电压转换电路的转换精度为82.27m V/p F;可编程增益放大器的增益可在0～17.5d B之间调节,步进为0.05d B;差分结构sallen-key低通滤波器的截止频率可在0.29k Hz和24k Hz之间调节。接口电路采用3.3V电源供电,总功耗为7.85m W,量程范围是±2g～±200g,至少可以抵抗100Krad(Si)的总剂量效应。
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