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应用于边缘端的超高精度电容传感器读出芯片关键技术研究

发布时间: 2025-08-08

基本信息

合作方式： 技术转让
成果类型： 发明专利
行业领域：
电子信息技术,通信技术
成果介绍
电容传感器由于其结构简单、成本低廉、能效突出、精度卓越等优势在全球范围内被广泛使用。随着科学技术的不断发展，尖端边缘应用对电容传感器读出芯片的要求日益提高。本项目针对面向边缘端的高精度、低延迟、高能效电容数字转换器（CDC）的研制需求，围绕缩放式电容数字转换器（Zoom CDC）架构设计、高精度低噪声实现方法、关键电路模块低功耗设计等方面展开研究，并取得一定成果。本项目采用增量型缩放式电容传感器读出电路架构，提出了一种基于压控振荡器的数据转换器的相位域前馈补偿方法，利用ΔΣ时序，每次量化后将前馈相位从总相位中减去，低成本稳定了环路。
成果亮点
提出了一种基于斩波的采样噪声消除技术，利用开环积分器维持输入端采样噪声电荷不变的特点，将采样噪声、第一级积分器的失调以及闪烁噪声同时消除；提出了一种基于自偏置浮动反相放大器的Gm-C积分器，同时对斩波的实现方法进行改进，提高了系统的能效。最终在28 nm工艺下实现了一种1.2 pF测量范围的可配置过采样率的电容传感器读出芯片。过采样率为128时，测量时间为10.4 μs，分辨率为8.7 aFrms，信噪比为93.8 dB，能耗为0.73 nJ/conv，能效为185.2 dB FoMs；过采样率为512 时，测量时间为41.12 μs，分辨率为4.7 aFrms，信噪比为99.1 dB，能耗为2.9 nJ/conv，能效为184.5 dB FoMs。本项目的研究是对相关领域前沿的进一步拓展，在一些需要高精度、实时监测的尖端应用场景例如人工智能、无人机感知、有害气体监测等领域有着广泛的应用前景。
团队介绍
北京航空航天大学（Beihang University），简称北航（BUAA），位于中国首都北京市，隶属于中华人民共和国工业和信息化部，中央直管高校，中国第一所航空航天高等学府，具有航空、航天和信息领域的发展比较优势。是国家重点建设的高校、全国第一批16所重点高校之一、211工程、985工程建设高校、国家“双一流”建设高校。
成果资料