一种具有寄生电容消除功能的低功耗电容读出电路用于MEMS耳蜗传感器

本文提出了一种用于MEMS耳蜗传感器信号读出的解决方案，这些传感器具有非常小的敏感电容且没有差分感应结构。这类传感器的主要挑战是MEMS-CMOS界面上的寄生电容引起的显著信号衰减。因此，开发了一种具有寄生电容消除机制的新型电容读出电路；该电路的等效输入电容为负值，可以调节以抵消寄生电容。芯片结果证明，使用寄生电容消除能够使传感器的灵敏度提高35 dB，而不消耗任何额外功率。一般而言，该电路采用低衰减低放大策略，比传统的高衰减高放大策略更具功耗效率；它利用寄生电容消除减少信号衰减，因此在放大阶段需要较低的增益。此外，采用了切换稳定技术以有效减少低频电路噪声和直流偏移。基于这些设计考虑，原型芯片展示了将1伏偏置的0.5 pF电容传感器对7.5 fF电容变化转换为0.745 V信号调理输出的能力，其功耗仅为165.2 μW。