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)級設計需要做大量的折衷考慮，其中的ASIC噪聲預算、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規(guī)格的ASIC與MEMS協(xié)同設計方法，而不是針對已經(jīng)設計好的MEM再進行ASIC設計。
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格。相反，將MEMS傳感器放在負反饋閉環(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)范圍和線性指標可以放寬。因此為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，正確設計反饋環(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)系負擔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)要求正負電壓值，這將增加傳感器接口ASIC的復雜性。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)。
