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随着无线通信技术的发展,便携式产品如手机、PDA、无线音频设备、DSC、笔记本电脑等朝着低功耗,小型化超薄的方面发展。而这些产品选用的MEMS硅微传声器由于其传声器的体积小、成本低等优势,逐渐取代了驻极体电容式传声器,成为电子工程师的首选。 本文的设计是基于微机电硅传声器,为其设计偏置电路和前置放大器电路,从而可与硅传声器等共同组成无线传声器系统。先研究MEMS硅微传声器系统结构,进而提出电路设计的参数指标,设计并优化电荷泵系统和前置放大器。偏置电路即电荷泵系统:包括电荷泵电路、振荡器、带隙基准电路、比较器、两相交叠时钟等。在电源电压为1.5V-2.1V情况下,电荷泵系统为微机电传声器提供恒定的9V直流偏置电压,即对MEMS硅传声器件加以充电来保证硅传声器的正常转换工作。微机电传声器的电容接收外界的声压,利用传感器原理转换成 nA级的声压电信号。该信号较为微弱,且具有噪声,因此需要经过前置放大器进行放大减噪处理之后才能送给后级功率放大器。通过参考大量的文献资料,设计新型的轨对轨前置放大器,该前置放大器增益达到61dB以上,等效噪声小于30 pV@1 kHz。最终设计的硅传声器系统芯片的偏置电压纹波系数小于20mV,系统功耗低至0.4mW,基本满足低功耗,低噪声的要求。 本文采用中芯国际公司(SMIC)的0.18umCMOS混合信号工艺,完成无线硅微传声器的偏置电路的各子模块及低功耗前置放大器电路的设计,然后进行功能仿真及参数性能仿真,进而对整体电路进行仿真。经过反复测试,各模块仿真性能基本都可满足设计要求。最后在cadence系统软件环境,使用 Virtuoso Layout软件进行版图的设计,利用 Assura工具从单元电路到系统实现 DRC和 LVS的验证以及 RCX功能,完成版图及后仿真工作,为下一步流片做好准备。