傳感器性能對MEMS和 ASIC參數(shù)的高度依賴性表明，閉環(huán)傳感器的系統(tǒng)級設(shè)計(jì)需要做大量的折衷考慮，其中的ASIC噪聲預(yù)算、激勵(lì)電壓、功耗和技術(shù)都高度依賴于MEMS參數(shù)。因此為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的傳感器，強(qiáng)烈推薦基于傳感器總體目標(biāo)規(guī)格的ASIC與MEMS協(xié)同設(shè)計(jì)方法，而不是針對已經(jīng)設(shè)計(jì)好的MEM再進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)。
微機(jī)械式慣性傳感器已經(jīng)成為許多消費(fèi)產(chǎn)品的一個(gè)組成部分，比如手持式移動(dòng)終端、照相機(jī)和游戲控制器等。此外，微機(jī)械式慣性傳感器還被廣泛用于工業(yè)、汽車安全和穩(wěn)定控制以及導(dǎo)航領(lǐng)域中的振動(dòng)監(jiān)測。一般來說，微型傳感器可以是壓電式、壓阻式或電容式傳感器。然而，電容式傳感的高熱穩(wěn)定性和高靈敏度使得它對種類廣泛的應(yīng)用來說更具吸引力。
帶數(shù)字讀取功能的基本的電容式傳感器接口電路由電容到電壓轉(zhuǎn)換器(C/V)，以及隨后的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)和信號調(diào)節(jié)電路組成。以開環(huán)配置(沒有反饋信號)運(yùn)行這種傳感器可以形成相對簡單的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)本身就比較穩(wěn)定。盡管如此，開環(huán)工作時(shí)的系統(tǒng)對MEMS參數(shù)會非常敏感。此外，整個(gè)系統(tǒng)的線性度受傳感器系統(tǒng)鏈中每個(gè)模塊的線性度影響，而且C/V和A/D的動(dòng)態(tài)范圍要求可能會更加嚴(yán)格。相反，將MEMS傳感器放在負(fù)反饋閉環(huán)中使用有許多好處，例如改進(jìn)的帶寬、對MEMS器件的工藝和溫度變化具有較低的敏感性。另外，由于C/V只需要處理誤差信號，與開環(huán)工作方式相比，C/V動(dòng)態(tài)范圍和線性指標(biāo)可以放寬。因此為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，正確設(shè)計(jì)反饋環(huán)路就顯得非常重要。
在電容式傳感器中，反饋信號以電容激勵(lì)電極上的電壓信號形式施加到MEMS.這個(gè)施加的電壓將產(chǎn)生一個(gè)靜電力并作用到MEMS質(zhì)量塊上。因此最終形成的系統(tǒng)被稱為力反饋系統(tǒng)。然而，電容有一個(gè)二次的電壓比力關(guān)系，它會限制系統(tǒng)的線性度。
克服電壓比力(V/F)二次關(guān)系負(fù)擔(dān)的一種方法是以差分方式施加激勵(lì)信號，以便抵消二次項(xiàng)。然而，這種技術(shù)要求正負(fù)電壓值，這將增加傳感器接口ASIC的復(fù)雜性。更重要的是，差分工作所需的兩個(gè)激勵(lì)電容如果不匹配會導(dǎo)致激勵(lì)二次項(xiàng)不能完全抵消，因此電容不匹配將限制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的性能。
實(shí)現(xiàn)閉環(huán)工作的另外一種方法使用兩級bang-bang反饋信號。由于只用到兩個(gè)點(diǎn)的二次V/F關(guān)系，這種方法天生就是線性的，而且并不依賴MEMS電容的匹配或使用負(fù)電壓去抵消非線性。使用兩級激勵(lì)意味著將反饋信號幅度中的信息轉(zhuǎn)換為時(shí)間信息。因此Σ-Δ調(diào)制可以成為實(shí)現(xiàn)閉環(huán)數(shù)字讀取傳感器的一種有效技術(shù)。
