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)計需要做大量的折衷考慮，其中的ASIC噪聲預(yù)算、激勵電壓、功耗和技術(shù)都高度依賴于MEMS參數(shù)。因此為了實現(xiàn)最優(yōu)的傳感器，強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)計方法，而不是針對已經(jīng)設(shè)計好的MEM再進行ASIC設(shè)計。
微機械式慣性傳感器已經(jīng)成為許多消費產(chǎn)品的一個組成部分，比如手持式移動終端、照相機和游戲控制器等。此外，微機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)工作時的系統(tǒng)對MEMS參數(shù)會非常敏感。此外，整個系統(tǒng)的線性度受傳感器系統(tǒng)鏈中每個模塊的線性度影響，而且C/V和A/D的動態(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電極上的電壓信號形式施加到MEMS.這個施加的電壓將產(chǎn)生一個靜電力并作用到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信號，以便抵消二次項。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激勵電容如果不匹配會導(dǎo)致激勵二次項不能完全抵消，因此電容不匹配將限制系統(tǒng)可實現(xiàn)的性能。
實現(xiàn)閉環(huán)工作的另外一種方法使用兩級bang-bang反饋信號。由于只用到兩個點的二次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。使用兩級激勵意味著將反饋信號幅度中的信息轉(zhuǎn)換為時間信息。因此Σ-Δ調(diào)制可以成為實現(xiàn)閉環(huán)數(shù)字讀取傳感器的一種有效技術(shù)。
