微机械加速度计具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高及易于批量生产等一系列的优点,目前已被广泛应用于航空航天、定位导航、汽车电子、工业控制等领域。其中,电容式微机械加速度片上系统将敏感质量块、固定电极和检测电路在单片上集成构成SoC,进一步压缩了体积、节约了成本、减小了对系统影响较大的寄生电容,而且重复性好、分辨率高、噪声低、温漂系数小、功耗低、结构较为简单,是目前广泛研究的一种微机械加速度计。在高精度电容式微机械加速度计SoC中,为了降低1/f噪声和输出电压失调等干扰,提高电容式微机械加速度计的精度,需要将400 Hz的低频加速度信号调制到DAC产生的高精度中频正弦载波上(100KHz～200KHz)。∑△DAC利用过采样技术和噪声整形技术,无需精密的电阻、电容等元件即可实现高分辨率,是在CMOS工艺下实现高精度数模转换的最佳途径。但传统的低通∑△ DAC集中于音频应用,带宽只有20 KHz,不能满足高精度加速度计应用需求,而且市面上也购买不到此类规格的带通DAC。在此背景下,本课题选择自行设计满足以上应用需求的∑△DAC芯片。相比较而言,200 KHz带宽的低通∑△DAC比100KHz～200KHz的带通∑△DAC电路架构简单、芯片面积小、易于实现。因此本课题采用了低通∑△DAC方案并获得了设计和流片的成功,达到了系统的各项指标要求。论文的主要工作分为两部分:1.论文针对高精度电容式微机械加速度计对输入正弦载波信号频率和性能的要求,在SMIC 0.18μm 1P6M Mixed-signal CMOS工艺下设计并实现了 200 KHz带宽的低通∑△DAC,核心面积2.6 mm2。实测结果表明:在200 KHz带宽范围内,SNDR不低于74dB,最高可达到78dB,动态范围为83dB。在1.8V/3.3V电源电压下(模拟电路与I/O为3.3 V,数字电路为1.8 V),带buffer(根据实际应用需要)的功耗为40.3mW,不带buffer(公平对比其它参考文献)的功耗为27 mW。通过与其它已发表且具有测试结果的相近带宽的低通∑△DAC研究文献对比,本设计的FOM为152 dB,处于平均水平(135 dB)之上。2.为了进一步降低该∑△DAC的功耗和信号带内热噪声,本课题对第一版设计进行了优化,优化后的仿真结果表明:在200 KHz带宽内第二版的SNDR仿真结果比第一版仿真结果提高了 4dB,FOM提升了 5dB。在1.8V/3.3V电源电压下,带buffer的功耗为26.3 mW,不带buffer的功耗为23.4 mW,相比第一版分别降低了 34.7%和13.3%。核心面积减小了 23%,降为2 mm2。论文的创新点包括:1.提出了一种用于∑△ DAC的新型带高通dither技术的∑△调制器,在抑制了谐波杂散的同时,降低了信号带内的噪声,经过公式推导和理论计算以及仿真验证得到:该技术相比传统dither技术的∑△调制器,SNDR提高了 6dB。2.虽然有关于高速电流舵DAC建模的研究和用于ADC的开关电容∑△调制器建模的研究,但是还没有查到关于建立开关电容∑△DAC完整模型的研究。本论文通过公式推导和理论计算,建立了低通开关电容∑△DAC的完整系统级模型,这对今后从事类似芯片电路设计的人员具有指导意义。3.在完成了第二版∑△DAC的设计之后,基于目前低压微功耗的设计趋势,为了降低传统运放的功耗,本论文提出了一种低压微功耗、同时实现高增益和宽输出电压摆幅的增益自举C类反相器,该C类反相器可以代替传统运放,实现信号的放大。相比传统的增益自举C类反相器,在功耗和负载一样的情况下,提出的结构直流增益可以提高37.3%,输出电压摆幅可以提高21.7%。