电容式微加速度传感器因其体积小、重量轻、温度特性好、功耗低等优点,已被广泛应用于消费电子、汽车安全、地质勘探、战术武器制导和高精度导航等领域。本论文针对此类微传感器,就其高性能闭环接口电路芯片设计进行了深入研究与实践。　　 本工作综述了本领域的国内外研究历史及现状。指出高性能微加速度计在噪声、线性度、信号带宽、温度特性及功耗等诸多指标上所需要达到的水平,为此,高性能的传感器与接口电路设计二者不可偏废。各类噪声源、各类寄生参数、微机械及半导体加工工艺偏差、温度效应、传感器的高阶振动模态、MoS管沟道电荷注入等诸多非理想因素都会影响接口电路及整个系统的实际性能,本工作对这些限制因素的影响进行了分析说明。　　 完整的闭环接口电路需要包含前端读出、系统控制及力反馈三个基本单元。本工作就已有的系统实现架构进行了总结、分析和对比,指出基于模拟力反馈的开关电容结构“电-机械”闭环系统在设计复杂度、功耗、系统稳定性、温敏特性等方面具有突出优势,为本论文的研究重点。　　 开关电容结构“电-机械”闭环是一个工作于“电-机械”混合域、同时包含“连续时间”与“离散时间”信号的复杂系统,然而对其系统稳定性条件的研究尚未见诸文献。本工作提出了针对该类系统的通用动态特性分析方法,以此为基础研究了传感器及电路多种因素对系统稳定性的影响,指出精心设计的电路补偿对系统稳定性十分关键,并通过实践结果验证了理论分析结果的正确性。　　 为了实现系统性能的最优化,分别分析了实际非理想因素对噪声、线性度、信号带宽、增益与量程、功耗,等性能指标的影响,指出了这些性能指标之间存在的折衷关系。特别对最为关键的噪声性能,给出了详细的理论分析及公式表达,为噪声性能的最优化实现指明了方向,特别指明了此前并未受到关注的控制器“微分效应”对噪声性能的影响。实践结果验证了这些理论研究成果的可信性。　　 为了在设计阶段对接口电路进行功能验证及性能预测,建立了Cadence EDA环境下的传感器等效仿真模型。在该模型的辅助下,采用0.35μm商业CMOS工艺,实现了一款基于模拟力反馈的高性能闭环接口电路。设计过程中采用了低噪声设计技术,并且对接口电路中的关键噪声节点进行了噪声优化,实验结果表明达到了1μg/√Hz的国际先进水平。设计过程中还采取了摆率增强技术,从而极大的降低了对接口电路的工作电流要求,节省了电路的静态功耗。与近年来已有的典型文献报道结果相比,该芯片在噪声和功耗综合性能方面获得了最优的结果。　　 针对模拟力反馈机制线性度不高的问题,提出了PWM力反馈机制,在0.35μm商业CMOS工艺下实现了基于PWM力反馈的新的闭环接口电路。测试结果表明其非线性较模拟力反馈方案进一步降低了16dB,低于1‰,其静态功耗也降低了40%。