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微电子机械系统(MEMS)作为建立在微纳米技术上的前沿技术,提供了一类新型低成本、低功耗、高可靠性的传感器,其中,用于测量物体角速度和角位移的微机械陀螺被广泛应用于军用领域、汽车工艺、工业领域和消费领域。为了实现微机械陀螺驱动电路和检测电路的数字化,须要设计高性能的模数转换器(ADC)。其中,Delta-Sigma ADC能实现低速、窄带、高精度的模数转换,可以直接应用于对检测精度要求很高的数字化微机械陀螺接口电路。本文设计并实现了用于数字陀螺的可配置Delta-Sigma ADC。双通道全差分输入可编程增益前端(PGA)允许接收来自传感器的微弱信号,SPI串行接口模块可用于同微处理器进行通信,其片上寄存器允许控制输入通道和输入增益以及数字抽取滤波器截止频率,其中,可配置输入增益范围为1~128;数字滤波器抽取因子可配置范围为32~1024,Delta-Sigma ADC数据更新速率可变范围为20SPS到600SPS。本文首先分析了Delta-Sigma ADC的工作原理和构架,运用过采样、噪声整形技术设计了单环、四阶、1位量化构架的Delta-Sigma调制器,并采用输入全前馈的拓扑结构和开关电容技术完成了具有PGA功能的积分器和加法器以及1位量化器和DAC等的电路实现,与此同时设计了过载检测模块以确保调制器系统稳定性;运用数字滤波和抽取技术设计了具有sinc5响应的积分梳状滤波器(CIC),CIC数字抽取滤波器在实现上采用了直接型五级级联的结构;定义了片上控制寄存器,包括通讯、模式、滤波器配置和数据寄存器,完成了SPI串行接口的设计。此外,还利用MATLAB完成了调制器和数字抽取滤波器的系统级设计,建立了考虑非理想因素的Delta-Sigma ADC的SIMULINK模型,扫描结构参数,并验证了系统级设计的正确性。采用HHGrace035μmBCD350GE CMOS工艺全定制设计Delta-Sigma ADC的版图,芯片面积为2.9mm2。晶体管级仿真结果显示,在19.5kHz的采样频率下,配置输入增益为1,ADC输出数据更新速率为38SPS时,Delta-Sigma ADC输出功率谱本底噪音(Noise Floor)在-140d B以下,谐波失真在-130dB以下,信噪比加失真比(SINAD)可达到121.0dB,有效位数(ENOB)接近20位。5V电压供电,待机模式下,功耗为4.998mW,正常工作模式下,功耗9.047mW。