MEMS电容加速度传感器读出电路中的低通滤波器的研究设计

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MEMS传感器是当前的研究热点,低通滤波器是其读出电路信号处理过程中必不可少的重要部分。研究开发易于集成、性能优良,并应用于MEMS传感器读出电路的低通滤波器具有重要的实际意义。本文研究设计了适于MEMS电容加速度传感器读出电路的低通滤波器。为适应不同MEMS电容加速度传感器的需要,低通滤波器设计成带宽可调,范围为100~10kHz。当信号频率低于500Hz时,采用带宽可调的开关电容低通滤波器,高于500Hz时,采用带宽可调的连续时间低通滤波器。本文利用开关电容模拟电阻替代有源低通滤波器中的电阻,设计了双二阶开关电容低通滤波器。设计中采用了对寄生电容不敏感的反相积分器和同相积分器,积分器中的运算放大器选择具有较高直流开环增益和较大单位增益带宽的CMOS两级运放。文中对开关电容电路存在MOS开关的导通电阻、电荷注入和时钟馈通等非理想因素做了详细分析,用两相不重叠、同相下降沿异步的优化时钟控制开关的时序,减小电荷注入和时钟馈通的影响。对于连续时间滤波器的设计,采用了两个一阶连续时间低通滤波器电路级联,实现了二阶连续时间低通滤波器。最后在TSMC0.18 Mixed Signal SALICIDE CMOS工艺模型下对整个滤波器模块进行了模拟仿真,其中双二阶开关电容低通滤波器最大带宽达到500Hz,二阶连续时间低通滤波器最小带宽为902Hz,最大带宽可达64kHz,结果符合带宽为100~10kHz的设计要求,适用于MEMS电容加速度传感器微小信号读出处理和降噪滤波。
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