MEMS加速度计伺服芯片数字控制电路研究

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MEMS传感器凭借着其良好的性能,在越来越多的领域里得以应用,其后端的伺服电路也因此成为了近年来研究的热点之一。针对适用于石油勘测、地震波检测的MEMS差分电容式加速度传感器进行研究,设计低功耗、动态响应好的MEMS加速度计伺服芯片。本文对数字控制电路关键技术进行详细的描述,并开发芯片数字功能测试平台。采用自顶向下的方法设计数字电路,重点论述Verilog HDL代码编写,功能仿真、FPGA验证、版图后仿真以及芯片数字功能测试。数字控制电路关键技术包括IIC(Inter Intergrated Circuit) Slave模块,多相时钟源产生模块MPCG(Multiphase Clock Generator),平均数位流计数器BSCA(BitStream Counting Average)和过载监测模块OD(Overload Detection),主要完成芯片与系统的通信,控制模拟电路开关时序和监控、处理数据等功能。本文提出了一种改进型的IIC Slave设计方案:对传统IIC Slave的状态机进行简化,得到改进型状态机。综合结果表明,改进型状态机的从机设计对比传统状态机的从机设计,面积减少约20%,功耗降低约4%。对该电路进行FPGA验证时,构建了一种简单、高效的FPGA(Field Programmable GateArray)验证系统。多相时钟源模块产生模拟电路12个开关的时序,控制前端电路在检测阶段,采样保持阶段,力反馈阶段,校准阶段等有序地工作。数字控制电路主时钟是4.096MHz,开关的一个完整的工作周期是由32个主时钟周期组成。平均数位流计数器用于计算比较锁存器LC(Latch Compare)输出数位流的平均值。过载监测模块监测比较锁存器是否连续输出1或者0。
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