加速度计在军事、航天和民用科技领域有着十分广泛的应用。差分电容式MEMS加速度计具有结构简单，低温度系数，宽频响特性，高灵敏度，低功耗，低噪声，低成本等优点。加速度计读出电路是加速度计系统的重要组成部分，它将由加速度引起的加速度计微小电容的变化信号，经过放大与处理后，变成电压信号读出，其电路性能，尤其低噪声性能，将直接影响到MEMS加速度计微弱信号的读取。 本论文的研究工作主要是设计并实现了一种具有低输入电子噪声的MEMS电容加速度计信号读出电路。该电路经过了MPW流片和芯片测试验证，结果表明电路功能正确，性能良好，电容分辨率为35.5aF/rtHz@1kHz。 本论文研究工作的主要创新点包括： 1.提出增大前置放大器模块中镜像电流源电流的电路设计。增大镜像电流源电流可以提高差分输入对管的漏源电流，进一步提高了其跨导值，从而可以用来降低前置放大器电路的总体等效输入噪声。在其它参数不变的情况下，前置放大器中电流源电流增加了五倍，仿真结果表明：在f=1kHz处的等效输入噪声均方根电压仅为27.0nV/rtHz，比原先降低了将近60％，大幅降低了等效输入噪声，为整个读出电路系统的低噪声化应用奠定了基础。 2.提出在低噪声读出电路系统中采用双标准参考电压基准源设计方案。将通常读出电路系统中的单一标准参考电压基准源，改造成为两个输出值完全相等的标准参考电压基准源，即双标准参考电压基准源。其中一个给片内平衡调节电容电路使用，而另一个为系统内其他电路提供标准参考电压，这样可以大大降低片内平衡调节电容电路中的开关动作带给其他电路模块的干扰及其kT/C热噪声影响，同时还起到稳定前置放大器和输出缓冲放大器中共模电平作用。 3.提出一种单开关(简单结构)的采样/保持电路结构设计，以代替以前电路系统中所使用的多开关(复杂结构)的采样/保持电路，从而减少了采样/保持电路中所使用开关个数，亦即减少了实际采样/保持电路中采样时kT/C热噪声源的数目。另一方面，单开关采样/保持电路也进一步减小了电路中由于开关关闭时导致的时钟馈通和电荷注入的总体效应。 4.提出升高标准参考电压基准源的输出电压值设计方案，可以降低驰张振荡器的频率抖动和相位噪声。我们的电路系统中采用统一的2.5V标准参考电压基准源，摈弃了以前读出电路中使用的2.25V标准参考电压基准源，这样提高了流控驰张振荡器电容端电压的摆幅，进一步降低驰张振荡器的频率抖动，比以前的降低了10％，从而减小了驰张振荡器电路的相位噪声，获得了更好的噪声性能。 5.提出了一种消除读出电路输入端MEMS差分电容零点偏移而影响信号读出的方法。由于生产工艺的偏差，MEMS电容加速度计的两个敏感可变电容实际上并非像设计的那样完全相等。该方法通过在读出电路输入端加入两组片内平衡调节电容，使它们与MEMS电容加速度计的两个敏感可变电容并联，来消除MEMS差分电容不一致性带来的不利影响，以方便MEMS电容加速度计零点的调节，以减小电容偏差，从而改善了MEMS电容加速度计的信号读取。