基于环形肖特基二极管的MEMS陀螺仪接口ASIC电路温度特性分析与设计.pdf

第27卷第3期
传感技术学报
Vol 27 No. 3
2014年3月
CHINESE JOURNAL OF SENSORS ANI)ACTCATORS
Mar.2014
Analysis of Temperature Characteristic and Design of Interface ASTC
Based on Ring Schottky Diode for MEMS Gyroscope
SHEN Guan hon L Wengao LIU Minging ln ZHANG Yacong, CHE Zhongan
(I. School of Electronic and Computer Engineering, Peking Uniersit Shenhen ngdong 518055, hin
2. National Key Laboratory of Science and Technology on Micro/an Fabrication, Peing niersity, Beyjing 100871, China)
Abstract: This paper describes the design of interface ASIC based on ring Schottky died for MEMS gyroscope and
analyzes influence of temperature characteristic of Schottky diode to the interface ASIC. A carrier of 1MHZ is used to
drive the mass and move the variation signal to the region nearby 1 MHZ by modulation. The modulated signal is de
modulated by ring Schottky diode. This scheme can amplify signal of gyroscope effectively. It shows that the non-
ideality of Schottky diode varies gain of the circuit. Feedback resistor with negative temperature coefficient is used to
decrease total temperature coefficient. This circuit is implemented in 0. 18 wm CMOS process
Key words: ASIC; MEMS gyroscope; ring Schottky diode; temperaturc characteristic
EEACC. 7630
doi:10.3969/Jj.issn.1004-1699.2014.03.004
基于环形肖特基二极管的MEMS陀螺仪接口
ASIC电路温度特性分析与设计
沈广冲,鲁文高2“,刘明星2,李小亮…2,张雅聪,陈中建2
北京大学深圳研究生院,广东深圳518055:;2.北京大学微米/纳米加工技术国家重点实验室,北京100871)
摘要:完成了采用环形二极管结构的MEMS陀螺仪接口ASIC电路设计并且理论分析了环形肖特基二极管的温度特性对
电路输出的影响。MEMS陀螵仪系统采用高频载波调倒方案,在陀螺仪可动质量块施加1MHz载波,将陀螺仪振动信号调制
到载波附近。环形肖特基二极管作为调制解调器,解调陀螺仪输出已调信号得到陀螺仪振动信号。这种方案可以有效放大
陀螺仪输出信号。理论和仿真结果表明,肖特基二极管阈值电压随温度的变化会改变电路增益,引人一个正温度系数。采用
负温度系数反馈也阻,从而降低电路总的温度系数。ASIC电路基于0.18 m CMOS.工艺实堄。
关键词:ASIC:MEMS陀螺仪;环形肖特基二极管;温度特性
中图分类号:V241.5
文献标识码:A
文章编号:1004-1699(2014)03-0299-05
MEMS陀螺仪是用来检测运动物体角速度信号补偿陀螺仪中的各种非理想因素,已经成为设计高
的惯性传感器件,在汽车电子与消费电子领域应用性能MEMS陀螺仪的主要方法?。作为闭环控制
广泛,甚至在国防与航空等领域也有应用报道山。电路的前端接口部分,接口电路的噪声、精度、动态
相比于传统陀螺仪,MEMS陀螺仪可以使用成熟的范围和灵敏度直接影响到闭环控制电路的
MEMS工艺制造,具有成本低,体积小,功耗低,以及性能°?。
易于同ASC电路集成的优点23。但是,MEMS陀
本文分析了MEMS陀螺仪读岀电路的原理,提
螺仪性能和传统陀螺仪相比还有很大差距·。理出了环形肖特基二极管与跨阻放大器结构,理论分
想的MEMS陀螺仪具有固定的参数,对噪声不敏析了它的功能与温度特性。在此基础上,设计了
感,但是真实的MEMS陀螺仪由于制造工艺的偏款MEMS陀螺仪接口ASIC电路,适用于谐振频率
差,会存在各种干扰和耦合,因此设计闭环控制电路3kHz~10kHz的MEMS陀螺仪。
项目来源:国家自然科学基金项目(11305006)
收稿日期:2014-01-21修改日期:2014-02-28