一种采用高压脉冲激励和主动噪声消除读取技术的32.5μg/√Hz、0.64mm2/轴的MEMS加速度计

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A 32.5μg/√Hz, 0.64mm2/Axis MEMS Accelerometer Using High-Voltage Pulse Excitation and Active Noise Cancelation Readout Technique

MEMS加速度计通过高压脉冲激励和主动降噪技术实现低噪声与高能效，采用三校正电路解决HVPE漂移问题，并基于0.18μm BCD工艺的接口IC实测噪声底至32.5μg/√Hz，功耗80μW。

　　

摘要：

对于可穿戴应用而言，需要体积小、噪声低且效率高的MEMS加速度计。然而，随着传感器尺寸的减小，MEMS传感器的灵敏度也会降低，从而导致电路噪声恶化。为了解决这一问题，本文提出了一种采用高压脉冲激励（HVPE）和主动降噪读出技术的接口电路。该技术能够在不向传感器施加额外静电力的情况下显著降低电路噪声和导线电阻噪声。通过三个特定的校正电路解决了HVPE带来的漂移和不匹配问题。通过结合电容-电压转换器和主动降噪功能以及脉冲电流供电方式，优化了系统的功率效率。所提出的HVPE技术在采用0.18μ微米BCD工艺制造的接口集成电路中得到了验证，并使用了一个尺寸为0.64平方毫米/轴的小型MEMS加速度计进行了测试。测试结果显示，该集成电路在2kHz带宽下实现了32.5微伽/平方根赫兹的噪声水平，功耗仅为80微瓦。