[實用新型]差分式電容電壓轉換電路及加速度傳感器檢測系統

有效

• 申請號: 201220633470.8
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN202948026U
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 戴忠偉;陳家駒
• 申請（專利權）人: 微動科技（杭州）有限公司
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 杭州裕陽專利事務所(普通合伙) 33221
• 代理人: 江助菊

技術領域

本實用新型涉及一種差分式電容電壓轉換電路及加速度傳感器檢測系統。

背景技術

目前很多加速度傳感器采用電容的改變來表征加速度傳感器所在物體的自身運動的加速度。例如加速度傳感器的中心軸構成的兩旁的電容值CS1和CS2會隨著檢測的速度的變化而產生電容值的變化，例如，CS1+ΔC和CS2-ΔC或CS1-ΔC和CS2+ΔC。這個變化的大小和方向在于加速的傳感器的加速度的大小和方向。

換句話說，加速度傳感器把速度的大小和方向轉化成正負電容差值，如果正電容差值代表CS1-CS2，那負電容差值就是CS2-CS1。而這個反映加速度大小和方向的電容差值是無法被直接被后續地處理電路直接處理的。

也就是說所述反映加速度大小和方向的電容差值需要被轉換成電壓后才能經過后端電路來處理獲得一個代表加速度的應用結果。

目前很多現有的電容電壓轉換電路設計還是采用單端信號設計，所以無法克服外部干擾和噪聲的影響，從而降低了加速度傳感器的采樣精度和靈敏度。而且現有的電容電壓轉換電路中電壓放大器等器件自身的電壓偏移和噪聲進一步地限制了加速度傳感器的采樣精度和靈敏度。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術的電容電壓轉換電路的低精度和低靈敏度的缺陷，提供一種差分式電容電壓轉換電路，通過差分電路的方式來克服外部干擾和噪聲的影響，并利用時鐘信號在不同的導電通路來消除放大器自身的電壓偏移和噪聲，從而提高加速度傳感器的采樣精度和靈敏度。

本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

本實用新型提供了一種差分式電容電壓轉換電路，用于將一電容差值轉化為一電壓差值，其特點是，所述電容電壓轉換電路包括生成一時鐘信號的一時鐘信號源、一采樣電路和一差分放大電路；

所述差分放大電路包括一差分放大器、一第一電容、一第二電容、一第三電容和一第四電容；所述采樣電路包括一第一參考電容、一第二參考電容、一第一采樣輸出端和一第二采樣輸出端；

當所述時鐘信號為高電平或低電平時，所述差分放大電路包括如下導電通路：

所述差分放大器的正輸入端和負輸入端分別通過所述第一電容和所述第三電容接入一參考電壓；所述差分放大器的正輸入端和負輸出端電連接；所述差分放大器的負輸入端和正輸出端電連接；

所述采樣電路包括如下導電通路：

所述第一參考電容、第一采樣輸出端和一第一待測電容依次串接于一電源和地之間，所述第二參考電容、第二采樣輸出端和一第二待測電容依次串接于地和所述電源之間；所述第一采樣輸出端和第二采樣輸出端均與所述參考電壓電連接；

當所述時鐘信號反相時，所述差分放大電路包括如下導電通路：

所述差分放大器的正輸入端與所述第一采樣輸出端之間串接所述第一電容，所述差分放大器的負輸入端與所述第二采樣輸出端之間串接所述第三電容；所述第一采樣輸出端與所述差分放大器的負輸出端之間串接所述第二電容，所述第二采樣輸出端與所述差分放大器的正輸出端之間串接所述第四電容；

所述采樣電路包括如下導電通路：

所述第一參考電容、第一采樣輸出端和一第一待測電容依次串接于地和所述電源之間，所述第二參考電容、第二采樣輸出端和一第二待測電容也依次串接于所述電源和地之間。

所述差分信號就是兩個相等幅度相反相位的信號。這兩個信號之間的差異就是差分信號。由于對于外來的干擾和噪聲會同時出現在這兩個全差分信號線上，所以會互相抵消掉。最后會得到更好的CMRR（共模抑制比）和PSRR（電源抑制比）。所以本實用新型中利用差分信號的模式進行電容電壓的轉換，從而消除外來的干擾和噪聲。提高檢測的靈敏度。

其中本實用新型在時鐘信號的任一狀態時及其反相狀態時，分別對應于采樣導電通路和放大導電通路，具體地說，例如當時鐘信號在高電平時，通過在第一采樣輸出端和第二采樣輸出端接入參考電壓來對待測電容充電至參考電壓，從而實現對待測電容的采樣。當時鐘信號反相為低電平時，通過第一采樣輸出端和第二采樣輸出端接入差分放大器來實現對待測電容的電容差值的差分放大。

而且本實用新型中在差分放大電路中通過第一電容和第三電容來去除差分放大器自身存在的零點偏移和低頻噪聲。具體地說，例如，在時鐘信號的高電平時，即對電容采樣的過程中，通過差分放大器構成的導電通路來采集零點偏移和低頻噪聲，并在時鐘信號反相為低電平時，即對采樣信號差分放大的過程中，將零點偏移和低頻噪聲加入差分放大器來消除差分放大器自身的零點偏移和低頻噪聲。