[發(fā)明專利]實現(xiàn)對于慣性傳感器中的電磁干擾的魯棒性的方案

有效

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• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN103874926A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)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;G01D5/241
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;夏青

技術領域

本專利涉及電容換能器，更具體而言涉及用于克服電容傳感器中的電磁干擾的技術。

背景技術

在慣性傳感器中，電磁擾動或干擾（EMI）的出現(xiàn)主要是由于接合線和附近的電纜、極板、電路等之間的電容耦合。圖1示出了EMI的示范性情況。在圖1中，通過多條接合線106將微機電結構（MEMS）器件102耦合至專用集成電路（ASIC）104。接近接合線106的EMI源110在EMI源110和接合線106之間建立了電容耦合110。在圖1中示出了電容器符號來說明電容耦合110，但是其只是簡單地示出了電磁擾動源110和接合線106之間的寄生電容，但是并不存在實際的電部件。與受到電壓源或放大器驅動的節(jié)點相比，耦合電容性節(jié)點的接合線對EMI最為敏感。

在具有高密度電子器件的環(huán)境當中，可能存在各種EMI源，這些EMI源可能是顯著的EMI源。所述電磁干擾也可能基本上出現(xiàn)在單個頻率上，在采樣時可能將其摻入到DC分量內。這些電磁干擾可能落到預期傳感器信號上，并抹殺預期信號。例如，如果按照100kHz的時鐘頻率對預期信號進行采樣，并且干擾處于100kHz處，那么在以所述時鐘頻率對所述干擾采樣時，其可能表現(xiàn)為基本上為直流的信號。因而，重要的是要保護預期傳感器信號不受EMI干擾，尤其是沿電容性路徑。EMI問題對于惡劣環(huán)境中的安全非常關鍵的應用而言尤為重要，例如，用于汽車中的電子穩(wěn)定性的傳感器。

兩種常用的EMI解決方案是采用金屬對傳感器進行屏蔽以及采用差分方案。采用金屬對傳感器進行屏蔽包括建立法拉第籠，以阻擋可能引起EMI的外部電場。但是，屏蔽可能造成笨重，而且價格昂貴，尤其是在有大量的傳感器需要屏蔽，或者在小的區(qū)域內安裝了高密度的電子器件時。

所述差分方案獲取平行線路上的信號之間的差，其能夠基本上減除作為共模信號的電磁干擾。圖2示出了所述差分方案。所述示范性差分傳感器和放大器系統(tǒng)200包括通過接合線260、262耦合至ASIC240的MEMS器件220。接合線260、262中的每一條經歷來自外部源210的EMI。在EMI源210和第一接合線260之間存在電容耦合250，從而生成第一干擾電容C1，在EMI源210和第二接合線262之間存在電容耦合252，從而生成第二干擾電容C2。如果EMI源210與接合線260、262之間的干擾電容C1和C2是相同的，則由于ASIC240的差分放大器的共模抑制的原因將抑制所述電磁擾動。然而，為了實現(xiàn)預期的抵消，MEI源210與接合線260、262之間的干擾電容C和C2不應存在超過0.5%的失配。在實踐中很難獲得這樣的匹配。即使最初實現(xiàn)了匹配，但是所述接合線也可能受到干擾或發(fā)生翹曲，例如，因車禍而導致的。接合線的這種移動可能導致接合線之間的不對稱性，這可能導致干擾電容當中存在不希望出現(xiàn)的失配，從而降低所述差分方案的有效性。

希望具有一種魯棒的減少電磁干擾的技術，其還能夠克服屏蔽和差分電路的一些缺陷。

發(fā)明內容

公開了一種抗電磁干擾的電容傳感器系統(tǒng)，其包括電容芯、差分放大器、第一和第二電容路徑以及斬波系統(tǒng)。所述電容芯包括第一可變電容器、第二可變電容器、耦合至所述第一可變電容器的第一芯輸出端、耦合至所述第二可變電容器的第二芯輸出端以及耦合所述第一可變電容器和所述第二可變電容器的公共節(jié)點。所述差分放大器包括反相輸入端和非反相輸入端。所述第一電容路徑將所述第一芯輸出端耦合至所述差分放大器的輸入端，所述第二電容路徑將所述第二芯輸出端耦合至所述差分放大器的輸入端。所述斬波系統(tǒng)具有高態(tài)和低態(tài)，并且將所述第一芯輸出端和第二芯輸出端耦合至所述差分放大器的輸入端。在所述斬波系統(tǒng)處于高態(tài)時，向所述電容芯的公共節(jié)點施加正階躍電壓（step?voltage），并且所述斬波系統(tǒng)將所述第一芯輸出端耦合至所述差分放大器的反相輸入端，將所述第二芯輸出端耦合至所述差分放大器的非反相輸入端。在所述斬波系統(tǒng)處于低態(tài)時，向所述電容芯的公共節(jié)點施加負階躍電壓，并且所述斬波系統(tǒng)將所述第一芯輸出端耦合至所述差分放大器的非反相輸入端，將所述第二芯輸出端耦合至所述差分放大器的反相輸入端。所述電容芯可以是微機電器件。所述第一電容路徑可以包括第一接合線，所述第二電容路徑可以包括第二接合線。可以按照將噪聲從感興趣的頻帶抹除（smear）的頻率或者按照跨越寬頻率范圍基本上均勻地抹除噪聲的頻率或者按照隨機頻率使所述斬波系統(tǒng)在高態(tài)和低態(tài)之間變化。