学位论文简介

研制用于陀螺仪与数字芯片接口功能的专用集成电路 (application specific integrated circuit, ASIC) ，是提高MEMS陀螺仪制导精度，促进其微型化的现实要求。目前接口ASIC在研制和工程实践中仍然面临以下难题：1. 当前接口ASIC中CVC噪声大、精度低，难以解决中、高精度MEMS陀螺仪微小电容传输问题；2. 传统结构∆Ʃ-ADC噪声大、精度低，无法适用于中、高精度MEMS陀螺仪；3. 采用低压工艺的接口ASIC中缺乏高压器件，一块接口ASIC难以实现陀螺仪高压驱动和低压检测。为了解决上述问题，促进高精度MEMS陀螺仪市场化，本文做出以下创新与贡献：

1. 提出一种将斩波与相关双采样 (correlated double sampling, CDS)相结合的CVC降噪方法。该方法解决了陀螺仪与接口ASIC连接中寄生参数会引入大噪声的问题。通过倍增OTA跨导，提高OTA增益，降低寄生参数对CVC识别精度的影响，确保陀螺仪微小电容信号高精度传输。

2. 提出一种利用采样和积分相位差构建的输入CDS降噪方法。该方法解决了传统结构ΔΣ-ADC无法消除电路输入噪声的问题。通过调节晶体管工作电流和尺寸，选择新型结构OTA，解决了∆Ʃ-ADC对OTA的高速、高增益、低噪声需求问题。

3. 设计一种结构简单、噪声极低的参考电流电压源。通过调节晶体管级器件尺寸，降低参考源噪声，解决了参考源对CVC和ΔΣ-ADC的性能影响问题，可使CVC、ΔΣ-ADC保持高精度特性，并摆脱对外接参考源的依赖。

4. 提出采用串联低压器件构建高压器件，并在低压芯片中内建高压电源的方案。该方案解决了接口ASIC高压应用问题，实现了高压电源集成，摆脱了对外接高压电源的依赖，为惯性导航微系统的高压电源封装研究提供了解决方案。

5. 解决了工程实践中ΔΣ-ADC芯片降噪问题和低压芯片中高压电源集成问题，为陀螺仪接口ASIC芯片全自主研发提供了解决方案。完成了两次接口ASIC流片和测试，验证了引入CDS降噪结构的ΔΣ-ADC能降低噪声，改善ΔΣ-ADC性能，提出的低压工艺中高压电源集成方案可应用于工程实践。

主要学术成果

已发表学术论文:

[1] Jinhui Tan, Jishun Kuang, Xing Hu, Xiaomin Cai, Jiahe Shi. The Design of Delta-Sigma ADC in MEMS Gyro Interface ASIC. Microelectronic Journal, 2023, 143 (SCI, 第一作者)

[2] Jinhui Tan, Jishun Kuang, Xing Hu, Lin Xiao. Small-Signal Processing Low-Overhead Operational Amplifier for delta-Sigma ADC. Journal of Circuits, Systems, and Computers, 2022, 31(17): 1-19. (SCI, 第一作者)

[3] Lin Xiao, Jinhui Tan, Shaoqing Li, Jihua Chen. Design of High Precision Band-Pass Sigma-Delta ADC in MEMS Gyroscope, 23rd Annual Conference on Computer Engineering and Technology, NCCET 2019, Enshi, China. (EI, 第二作者)

[4] Xiaomin Cai; Renfa Li; Shijie Kuang; Jinhui Tan. An Energy Trace Compression Method for Differential Power Analysis Attack. IEEE Access, 2020, 8: 89084-89092. (SCI, 第四作者)

发明专利：

[1]  谭瑾慧， 邝继顺， 胡星， 肖林. 面向Δ∑ADC的小信号处理低开销运算放大器，2022, 申请号: 202210226443.7

[2]  罗雪莲， 谭瑾慧， 何淑珍， 胡星， 蔡晓敏. 用于MEMS陀螺接口芯片的三阶积分器级联前馈ΔΣ-ADC，2022, 申请号: 202210660455.0