[發(fā)明專利]一種失調(diào)電容自動(dòng)校準(zhǔn)電路及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010139606.5
• 申請(qǐng)日: 2010-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN101825694A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方然;魯文高;陳中建;張雅聰;鞠原;劉仁直;郭娟;肖永強(qiáng);吉利久
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R35/00
• 分類號(hào): G01R35/00
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 胡小永

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子集成電路設(shè)計(jì)及微電子MEMS技術(shù)領(lǐng)域，涉 及電容式傳感器檢測(cè)及控制電路中的電容檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種 MEMS傳感器電容讀出電路中失調(diào)電容的自動(dòng)校準(zhǔn)電路及方法。

背景技術(shù)

電容式MEMS(Micro-Electro-Mechanical?Systems，微機(jī)械系統(tǒng)) 在軍事、工業(yè)控制、汽車及消費(fèi)類電子等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前 景，例如電容式MEMS陀螺、電容式MEMS加速度計(jì)等。極微小電 容，通常在10^-2-10^-15法拉量級(jí)的檢測(cè)電路是電容式MEMS傳感器系 統(tǒng)的關(guān)鍵組件之一，該部分由傳感器差分檢測(cè)電容和C/V(Capacitance to?Voltage，電容-電壓)轉(zhuǎn)換電路組成。

CSA(Charge?Sensitive?Amplifier，電荷放大器)是最常見的C/V 轉(zhuǎn)換電路之一，其檢測(cè)精度主要由電路的噪聲決定。MEMS傳感器 的差分檢測(cè)電容信號(hào)的頻率通常在幾KHz到幾十KHz，而在該頻段 范圍內(nèi)，CMOS電路中MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor，金屬 -氧化物-半導(dǎo)體絕緣性場(chǎng)效應(yīng)管)的1/f噪聲是主要的噪聲源，因此 電容檢測(cè)電路的檢測(cè)精度主要由電路的1/f噪聲決定。為了降低1/f 噪聲的影響，通常在電容檢測(cè)電路中采用CHS(Chopper?Stabilization， 斬波穩(wěn)定)技術(shù)進(jìn)行低噪聲設(shè)計(jì)，如圖1所示，即高頻載波將變化電 容信號(hào)調(diào)制到高頻，經(jīng)電荷放大器放大后進(jìn)行同步解調(diào)和低通濾波， 最后輸出放映變化電容信號(hào)的電壓信號(hào)。由于工藝加工的誤差，微機(jī) 械傳感器差分檢測(cè)電容存在失調(diào)。在檢測(cè)電路中，失調(diào)電容會(huì)同差分 電容變化信號(hào)一起被放大，而失調(diào)電容值遠(yuǎn)大于變化電容大小的幅 值，因此失調(diào)電容降低了電容檢測(cè)電路的動(dòng)態(tài)范圍。

傳統(tǒng)的抑制失調(diào)電容的方法主要是片上補(bǔ)償電容陣列，通過在 MEMS傳感器差分電容上并聯(lián)不同大小的電容，以補(bǔ)償差分檢測(cè)電容 之間的失調(diào)電容。外加補(bǔ)償電壓方式的補(bǔ)償精度由外加電壓幅度的精 度決定，需要外圍電路來產(chǎn)生幅度可調(diào)的補(bǔ)償電壓，增加了電路系統(tǒng) 的復(fù)雜度；片上補(bǔ)償電容陣列方式要實(shí)現(xiàn)高精度和大范圍的失調(diào)電容 補(bǔ)償，就需要更大的電容陣列和更多的控制信號(hào)及接口，也增加了電 路的復(fù)雜度和成本；由于工藝的限制，每一個(gè)傳感器的差分失調(diào)電容 也各不相同，因此傳統(tǒng)的手調(diào)失調(diào)電容補(bǔ)償方式需要對(duì)每一個(gè)傳感器 進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試和校準(zhǔn)，不易于使用。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一 種更加便捷的MEMS電容式傳感器讀出電路中失調(diào)電容的自動(dòng)校準(zhǔn) 電路及方法。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種失調(diào)電容自動(dòng)校準(zhǔn)電路， 包括振蕩器以及電荷放大器；另有待校準(zhǔn)的傳感器電容連接所述電荷 放大器的輸入端，所述電荷放大器用于檢測(cè)所述傳感器電容的差分變 化；所述自動(dòng)校準(zhǔn)電路還包括：

復(fù)位電路，用于接受所述振蕩器的信號(hào)對(duì)所述電荷放大器進(jìn)行復(fù) 位重置操作；

比較電路，用于讀取并比較所述電荷放大器的輸出信號(hào)；

逐次逼近電路，用于接受所述比較電路的比較結(jié)果并生成電容補(bǔ) 償控制碼；

補(bǔ)償電容陣列電路，用于根據(jù)所述電容補(bǔ)償控制碼的指令對(duì)所述 傳感器電容形成校正補(bǔ)償電容。

所述補(bǔ)償電容陣列電路包括若干個(gè)并聯(lián)的電容，所述電容的電容 值采用二進(jìn)制編碼，最高位電容的電容值最高，最低位電容的電容值 最低。

所述電容補(bǔ)償控制碼包括用于控制所述補(bǔ)償電容陣列電路整體 與所述電荷放大器連接的端口選擇碼，以及用于一一對(duì)應(yīng)控制每一個(gè) 所述電容與所述電荷放大器連接開關(guān)的電容接入選擇碼。

所述電容接入選擇碼的位數(shù)與所述補(bǔ)償電容陣列電路中所包含 的電容數(shù)量相對(duì)應(yīng)。

此外，本發(fā)明還提供一種失調(diào)電容自動(dòng)校準(zhǔn)方法，包括如下步驟：

步驟1：比較電路讀取并比較電荷放大器的輸出信號(hào)，然后將比 較結(jié)果輸送給逐次逼近電路；

步驟2：逐次逼近電路接受比較結(jié)果，生成端口選擇碼并發(fā)送給 補(bǔ)償電容陣列電路；

步驟3：補(bǔ)償電容陣列電路根據(jù)端口選擇碼的指令選擇將補(bǔ)償電 容加至電荷放大器的正端還是負(fù)端；