硅微谐振式加速度计相比传统的石英振梁加速度计及机械伺服加速度计具有体积小、功耗低、可靠性高以及成本低的优点,在小型化导航级惯性系统中具有很广泛的应用前景。然而目前硅微谐振式加速度计的零偏不稳定度及分辨率等影响导航精度的关键指标与传统的加速度计相比还有很大的差距。本文通过研究影响硅微谐振式加速度计性能的机理,提出基于锁相环的高性能测控系统并设计专用集成电路,从而提升硅微谐振式加速度计影响导航精度的若干关键性能,缩短该类型微机电加速度计性能指标与高精度惯性导航应用需求的差距。首先,本文针对硅微谐振式加速度计提出并建立了系统分解相位噪声模型。该模型能够用来预测谐振式加速度计输出信号的噪声谱密度,从而能够在传感器及测控电路设计阶段对加速度计的噪声性能指标进行估计。模型针对该类加速度计系统及噪声源的特点,将施加在系统上的物理噪声分解在其相位调制路径及幅度调制路径上,使原本复杂的非线性时变系统分解为多个线性时变系统,在保证精度的前提下使分析简化。同时,该模型也能够得到噪声源参数与性能指标的解析表达式,揭示各噪声源对输出信号的影响机理,从而分析系统中关键参数的变化对加速度计性能指标的影响,并实现针对噪声性能的优化设计。其次,本文提出了一种基于锁相环的硅微谐振式加速度计CMOS测控电路。使用锁相环代替传统的自动幅度控制电路作为谐振式加速度计系统的维持振荡电路,在维持较高分辨率和加速度噪声密度的前提下,进一步降低了影响加速度计长期测量精度的零偏不稳定度。由于后文提出的高阶Sigma-Delta频率数字转换器同样基于锁相环实现,两者结合能够共用大部分电路模块,在额外消耗极少功率的前提下,使原测控电路具备模拟频率到数字信号的高精度转化的功能。第三,本文提出了一种基于锁相环及复位计数器的Sigma-Delta频率数字转换器。该转换器中,复位计数器作为相位量化器嵌入传统锁相环的反馈中进行频率的测量。由于锁相环对复位计数器的量化噪声抑制效果具有促进作用,两者结合形成的新结构能够实现高阶的量化噪声整形,从而使得输出量化噪声在低频处被更为显著地抑制。该转换器能在时钟频率很低的情况下依旧实现较高的测量分辨率,缓解了性能与功耗之间的制约,适用于低功耗高性能硅微谐振式传感器。第四,本文介绍了硅微谐振式加速度计专用集成测控电路的设计与实现,同时基于该专用集成电路实现了硅微谐振式加速度计MEMS-ASIC原理样机,其中的MEMS结构以及专用集成电路分别在80μm SOI工艺以及0.35μm CMOS工艺下流片加工。经过测试,该原理样机在±30g线性量程范围内,实现了 0.23μg零偏不稳定度以及1μg/(?)加速度噪声密度。该性能等效于4 ppb相对不稳定度以及17 ppb/(?)相对噪声密度。同时,加速度计的分辨率在20Hz带宽内为1μg(?),在80Hz带宽内达到8μg/(?)。最后,该系统仅为1.5V电源供电,消耗2.7mW功率,在已发表的相关文献及工作中达到了较高的水平。