| 题名 | 基于标准CMOS工艺的微弱信号读出电路集成技术研究 |
| 作者 | 尹韬 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-02-22 |
| 授予单位 | 中国科学院电子学研究所 |
| 授予地点 | 电子学研究所 |
| 导师 | 杨海钢 |
| 关键词 | CMOS读出电路 低噪声 低失调 斩波技术 开关电容 |
| 其他题名 | Research into Integrated Circuit Design for Weak Signal Readout Based on Standard CMOS Technology |
| 中文摘要 | 微弱信号读出电路集成技术是传感器微型化、网络化和智能化发展的关键技术，微传感器经常要求电路能够分辨微伏量级的输入电压变化和aF量级的输入电容差，这对读出电路设计提出了巨大挑战。本选题基于标准CMOS工艺，对微弱电压和电容信号读出电路设计中存在的关键技术进行研究，为MEMS微传感器和后续的微电子电路的单芯片集成打下基础。 以低噪声、低失调运算放大器为研究对象，对限制放大器电压检测能力的因素进行分析，提出了一种结构简单的低噪声、低失调CMOS折叠共源共栅放大器，电路基于低阻节点斩波和动态元件匹配技术设计，实现了19.2nV/√Hz的低输入等效噪声和93.7μV的输入失调电压典型值；采用低阻节点斩波、低压共源共栅电流镜的方法扩大了放大器可处理的输入信号带宽和输出电压摆幅。提出了利用射频仿真软件――SpectreRF实现对斩波放大器的噪声仿真的方法，此方法还可以用于开关电容电路、Σ∆模数转换器的噪声仿真和AC仿真。 基于开关电容结构设计实现了电容读出电路，给出了一种根据噪声电荷转移预测开关电容电路噪声性能的方法，并基于Matlab对读出电路进行了噪声分析与优化，芯片测试验证了噪声分析方法的正确性；提出一种压控电容模型用于模拟微传感器输出电容信号，此模型能够实现电容的电荷存储、端口阻抗等功能，适用于开关电容电路的仿真，解决了电容信号读出电路与微传感器难以协同仿真的问题。 提出了一种开关电容型微弱电容读出电路的改进方案，采用斩波技术提高读出电路的低频噪声性能，抑制电路内部失调电压、偏置电压失配的影响；通过优化开关时序、增加延时开关和为偏置电压进行缓冲等方法，进一步克服了开关电容技术的非理想效应，优化了信号的质量；提出采用输出共模控制功能，扩大了电路的输出摆幅，进而扩大读出电路的动态范围。芯片采用新加坡特许半导体的0.35μm标准CMOS工艺进行了流片，芯核面积为1.2mm×1.2mm，取得了2aF/√Hz的电容分辩率和99dB的动态范围。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-07-19 |
| 页码 | 129 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ie.ac.cn/handle/80137/8547]  |
| 专题 | 电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 尹韬. 基于标准CMOS工艺的微弱信号读出电路集成技术研究[D]. 电子学研究所. 中国科学院电子学研究所. 2008. |
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