[發明專利]抵消由傳感器電路貢獻的亂真力的用于換能器前端的使用單一放大器的線性電容－電壓轉換器

有效

• 申請號: 201280048384.3
• 申請日: 2012-09-04
• 公開（公告）號: CN103842829A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: G·巴拉錢德蘭;V·佩特科夫
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08;G01P15/125
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;韓宏

技術領域

本專利涉及電容換能器，更具體地，涉及用于使用較少電路減小或消除起因于電容換能器中的亂真電容（spurious?capacitance）和殘留靜電力的非線性的技術。

背景技術

換能器將一般物理量（例如，加速度、壓力等）轉換為可以由電子電路處理的量。具體地，響應于測量的輸入信號的量值，電容換能器產生電容的變化。用于電容換能器的讀出電路將由換能器產生電容變化變換為電信號。在該過程中，電路向換能器電極施加電壓波形。

電容加速度計是用于測量加速度的電容換能器，包括機械感測元件和讀出電路。圖1示出了電容加速度計的機械感測元件100的示例性實施例。在這個實施例中，機械感測元件100包括懸掛在第一彈簧104與第二彈簧106之間的檢測質量塊102、第一電極110和第二電極112。質量塊102的近端耦合到第一彈簧104，質量塊102的遠端耦合到第二彈簧106。第一彈簧104具有兩端，第一端耦合到質量塊102的近端，第二端耦合到基底。第二彈簧106具有兩端；第一端耦合到質量塊102的遠端，第二端耦合到基底。公共電極M耦合到質量塊102，并隨質量塊102一起相對于基底移動。第一和第二電極110、112相對于基底固定。在這個實施例中，將正參考電壓V_S施加到第一電極110，將負參考電壓-V_S施加到第二電極112。在第一電極110與公共電極M之間形成第一可變電容器C₁，在第二電極112與公共電極M之間形成第二可變電容器C₂。

在這個實施例中，當系統靜止時，在第一電極110與公共電極M之間和在第二電極112與公共電極M之間存在基本上相等的額定間隙g₀，在第一可變電容器C₁與第二可變電容器C₂中產生了基本上相等的電容。輸入加速度將質量塊102相對于基底移動，這改變了在電極之間的間隙，并改變了可變電容C₁、C₂的電容。在箭頭120方向上的加速度使質量塊102偏斜距離Δx，該距離與輸入加速度成比例。質量塊102的這個移動將在第一電極110與公共電極M之間的距離增大到g₀+Δx，并將第二電極112與公共電極M之間的距離減小到g₀-Δx，這改變了電容器C₁和C₂的電容。可變電容C₁和C₂的電容C可以由以下確定：

C1/2=ϵ0Ag0±Δx---(1)]]>

其中，ε₀是電介質介電常數，A是電容板的面積（其延伸到紙面中），g₀是額定間隙，Δx是起因于加速度的位移。讀出電路基于電容器C₁和C₂的電容變化，確定Δx的值。

加速度計常常在嚴苛的充斥振動的環境中實現，例如自動化或工業環境。在這些環境中，加速度計通常需要良好的線性、低漂移性能和大的滿標度量程。常常選擇自平衡加速度計用于這些應用。自平衡加速度計測量(C₁-C₂)/(C₁+C₂)。

圖2是自平衡電容橋200的示例性實施例的示意圖。圖2中所示的開關電容器實現方式的優點是輸入的直接DC偏置，而無需高電阻路徑，以及對過程和溫度的穩定且定義明確的傳遞函數。還提供了離散時間輸出信號，其可以由模數轉換器（ADC）直接數字化。圖2顯示了自平衡橋的單端實施例。