哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉曉為教授團(tuán)隊(duì)：MEMS慣性傳感器接口芯片集成技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)（microelectromechanical system，MEMS）慣性傳感器作為采集加速度和角速度信息的前端器件，其性能決定了整個(gè)系統(tǒng)的核心性能水平。MEMS慣性傳感器的集成化有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、低成本、低功耗、高性能，并推動(dòng)數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程。此類(lèi)傳感器在國(guó)防、航天、高端工業(yè)及消費(fèi)領(lǐng)域至關(guān)重要，因此成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的關(guān)鍵器件。國(guó)際上，MEMS慣性傳感器的研究與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，多數(shù)產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)單片集成或芯片級(jí)集成。然而，我國(guó)相關(guān)產(chǎn)品的接口電路集成技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，仍處于部分集成或混合集成階段，這嚴(yán)重制約了我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

MEMS陀螺接口ASIC芯片版圖

本設(shè)計(jì)采用0.35μm線寬四層金屬雙多晶BCD工藝設(shè)計(jì)MEMS陀螺接口ASIC芯片版圖并流片。芯片尺寸約為4.5mm×4.0mm，其中左上為陀螺接口ASIC的模擬電路部分，完成模擬角速度輸出，右上部分為高精度sigma-delta調(diào)制器，下半部分為數(shù)字濾波及數(shù)字溫度補(bǔ)償電路。

目前，國(guó)內(nèi)外已出版的MEMS傳感器相關(guān)書(shū)籍較少，專(zhuān)注于MEMS慣性傳感器的書(shū)籍更為稀缺，而完全針對(duì)MEMS慣性傳感器接口電路集成技術(shù)的專(zhuān)著或教材則少之又少。現(xiàn)有書(shū)籍多側(cè)重于敏感結(jié)構(gòu)、原理、材料與工藝，較少深入介紹集成電路設(shè)計(jì)。MEMS慣性傳感器接口電路幾乎是所有MEMS傳感器中最復(fù)雜的，國(guó)內(nèi)可參考的書(shū)籍非常有限。《MEMS慣性傳感器接口芯片集成技術(shù)》主要論述MEMS慣性傳感器接口電路的集成技術(shù)，首要目的正是為從事接口專(zhuān)用集成電路研究的學(xué)者和工程師提供相關(guān)的知識(shí)。

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MEMS慣性傳感器接口芯片集成技術(shù)

劉曉為 等 著

北京: 科學(xué)出版社, 2025. 11

ISBN 978-7-03-079914-2

本書(shū)內(nèi)容主要基于作者創(chuàng)新性科研成果的總結(jié)與凝練，同時(shí)參考了國(guó)際最新科研成果，兼具系統(tǒng)性與深度。本書(shū)前兩章介紹了 MEMS 加速度計(jì)和MEMS陀螺的工作原理、接口電路集成芯片研究進(jìn)展，并詳細(xì)分析了典型的諧振式、加速度敏感結(jié)構(gòu)和石英陀螺、硅陀螺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第3章主要講述了MEMS慣性傳感器接口電路的集成通用關(guān)鍵技術(shù)，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)、雙采樣技術(shù)和環(huán)境適應(yīng)性等非理想因素的抑制方法等。第4章針對(duì)具體MEMS慣性敏感元件，分別論述了專(zhuān)用接口電路集成的幾種關(guān)鍵技術(shù)，涵蓋閉環(huán)檢測(cè)、模態(tài)匹配和系統(tǒng)穩(wěn)定性控制等核心內(nèi)容。第5章為本書(shū)特色內(nèi)容部分，作者分享了在相關(guān)課題研究中積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證的設(shè)計(jì)實(shí)例，系統(tǒng)闡述相關(guān)電路芯片的設(shè)計(jì)思想、方法、流程及測(cè)試結(jié)果，旨在幫助讀者深入理解設(shè)計(jì)核心，避免理解上的偏差。

本書(shū)重點(diǎn)介紹MEMS慣性傳感器接口專(zhuān)用集成電路（application specific integrated circuit，ASIC）芯片技術(shù)，由劉曉為教授規(guī)劃并審閱，付強(qiáng)、 尹亮、張文博等共同撰寫(xiě)。

本文摘編自《MEMS慣性傳感器接口芯片集成技術(shù)》（劉曉為等著. 北京: 科學(xué)出版社, 2025. 11）一書(shū)“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

ISBN 978-7-03-079914-2

責(zé)任編輯：楊慎欣 狄源碩

本書(shū)內(nèi)容主要是MEMS慣性傳感器接口電路相關(guān)知識(shí)。本書(shū)簡(jiǎn)要介紹了MEMS慣性傳感器分類(lèi)和發(fā)展過(guò)程及趨勢(shì)，分析了陀螺、加速度計(jì)等核心MEMS慣性傳感器的工作原理，論述了多種典型傳感器接口專(zhuān)用集成電路的原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用，闡述了MEMS慣性傳感器接口電路中的降噪、控制和補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合作者研究經(jīng)驗(yàn)列舉了典型的設(shè)計(jì)實(shí)例并給予深入的剖析和總結(jié)。

本書(shū)適合高等院校集成電路工程、微電子科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的師生和從事MEMS慣性傳感器集成技術(shù)研究的工程技術(shù)人員閱讀，同時(shí)對(duì)從事MEMS慣性傳感器應(yīng)用開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的工程技術(shù)人員也具有重要的參考價(jià)值。

（本文編輯：劉四旦）

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