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MEMS电容式加速度计具有功耗低、体积小、可靠性高等优势,类型主要有:体硅加速度计,表面多晶硅加速度计和CMOS MEMS加速度计等。其中CMOS MEMS加速度计因具有其易于实现单片集成、易于降低加工成本和互连寄生参数等优势,成为最具市场前景的加速度计产品。但是CMOS MEMS加速度计存在电容灵敏度低、结构失调、性能参数漂移等问题,这使其检测系统设计成为巨大的挑战。本文设计了一款能检测10-4-10-3fF量级电容变化的低噪声开环结构检测电路。首先,建立了用于系统仿真的CMOS MEMS加速度计的行为级模型。之后,通过分析检测端存在的主要噪声源,提出了检测端电容匹配设计来实现噪声最小化。本文设计的检测电路采用连续时间电压模式电容检测电路结构,运用斩波稳定技术降低器件噪声、消除电路失调。检测电路的核心是一个两级三输入差动差分放大器(DDA),其中第一级作为缓冲级,用于实现噪声优化;第二级是主增益级,用于提供增益和带宽。该放大器通过两个辅助输入端来实现直流/交流失调补偿。为了稳定DDA放大器在开环结构下输入端的直流偏置,本文设计中将一周期性重置电路连接到检测电路检测端。最后,本文采用华润上华0.5um CMOS数模混合工艺,完成了电容灵敏度仅为0.1fF×4/g的CMU CMOS MEMS加速度计开环检测电路设计,并结合加速度计行为级模型对检测系统进行了仿真。仿真结果显示在调制信号幅值为0.1v时,系统能检测10-3fF量级的电容,相应的总检测灵敏度为205mV/g,分辨率为0.01g,有效检量程为0-10g,总误差低于5.5%,在0-6g误差小于1%。通过改变调制信号的幅值,可以调整该检测系统的分辨率。当调制信号幅值为1V时,系统能检测10-4fF量级的电容变化,总检测灵敏度为2.05V/g,分辨率为1mg,有效检量程为0-1g,分辨率达到商用加速度计的要求。