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JSSC 2006第2期OtherDelta-Sigma ADC

Noise Analysis and Characterization of a Sigma-Delta Capacitive Microacceleromet

本文报道了一种高灵敏度低噪声电容式加速度计系统，具有微g/√Hz分辨率。
5-V供电，960 mV/g灵敏度，1.08 µg/√Hz噪声底
电容式加速度计Σ-Δ调制器噪声分析高灵敏度低噪声
▸二阶机电Σ-Δ调制器设计：提出了一种创新的二阶机电Σ-Δ调制器架构，将机械传感器与电子接口电路紧密结合，实现了高灵敏度和低噪声性能。该系统在开环模式下实现了1.08 μg/√Hz的噪声基底，闭环模式下分辨率优于10 μg/√Hz。
▸详细噪声分析：论文首次对机电Σ-Δ电容式加速度计的噪声源进行了系统分析，识别出放大器热噪声和传感器充电参考电压噪声在开环模式下是主要噪声源，而在闭环模式下质量残余运动是低频段的主要噪声源。这一分析为后续优化提供了理论基础。
▸超过120 dB动态范围的接口电路：开发了一种高动态范围接口电路，能够解析优于10 aF的电容变化。该电路采用单5V电源供电，实现了960 mV/g的高灵敏度和优异的噪声性能，为微加速度计系统提供了高精度的信号处理能力。
▸采样频率优化策略：研究发现通过提高采样频率可以显著降低开环和闭环模式下的总体噪声水平。这一发现为实际应用中系统参数的优化提供了重要指导，有助于进一步提升系统性能。
Abstract
This paper reports a high-sensitivity low-noise ca- pacitive accelerometer system with one micro-g Hz resolution. The accelerometer and interface electronics together operate as a second-order electromechanical sigma-delta modulator. A detailed noise analysis of electromechanical sigma-delta capacitive accelerometers with a final goal of achieving sub- g resolution is also presented. The analysis and test results have shown that amplifier thermal and sensor charging reference voltage noises are d