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MEMS差分电容式硅加速度计具有高灵敏度,低噪声干扰,稳定的直流特性,低功耗和低温度系数等诸多优点,在工业方面有着广泛的应用。用于MEMS差分电容式硅加速度计的高性能接口检测电路对于整个传感器系统性能的提高有着关键的意义。加速度计检测接口电路存在几种主要的噪声来源:控制时钟信号的抖动,前置运算放大器的噪声,开关热噪声,传感器参考电压的噪声等等。本文主要对电流控制振荡器电路进行设计研究,使得振荡器控制线性度提高的同时输出时钟信号的抖动得到减小,振荡器电路的功耗也得到降低。
首先是对驰张振荡器电路的研究。该振荡器采用模拟CMOS集成电路工艺设计。采用较高的参考电压来减小驰张振荡器输出时钟信号的相位噪声。驰张振荡器采用了带有锁存功能的比较器电路结构。驰张振荡器中比较器和RS触发器的延迟造成驰张振荡器控制线性度的下降。
提出了一种新的驰张振荡器电路结构。在保持RS触发器信息存储功能的同时提高了驰张振荡器的工作频率。控制电流的利用效率得到了提高,在获得相同振荡频率的情况下降低了驰张振荡器的功耗。
锯齿波振荡器在降低振荡器输出时钟信号相位噪声方面具有一定优势。设计了一个四级的锯齿波耦合振荡器。相同的控制线性度下锯齿波振荡器的相位噪声小于驰张振荡器的相位噪声。对于MOS晶体管采用开关偏置的技术可以减小1/f噪声的影响,与此同时电路的功耗也得以减小。本文将这一技术应用于锯齿波振荡器电路中,模拟结果显示锯齿波振荡器电路单位振荡频率的功耗降低到原来的75%。