[發明專利]帶諧波失真自檢功能的高階Σ-Δ閉環加速度計接口電路

有效

• 申請號: 201310083673.3
• 申請日: 2013-03-16
• 公開（公告）號: CN103178828A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 劉曉為;徐宏林;尹亮;周佳駿;付強;呂炳均;劉亮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;G01P15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明適用于MEMS慣性器件領域，涉及一種帶諧波失真自檢功能的高階Σ-Δ閉環加速度計接口電路。

背景技術

微機械慣性傳感器是MEMS技術和慣性技術結合的產物，在所有的微機械慣性傳感器中微機械加速度計是目前市場應用最廣泛的傳感器之一，與傳統慣性器件相比，電容式微機械慣性傳感器集MEMS工藝、IC工藝的優勢為一體，實現了慣性傳感器的高度集成，其具有體積小、重量輕、成本低廉，可批量生產等優點，在軍事和民用方面都有著廣闊的應用前景。微機械加速度計傳感器是微型慣性測量組合的核心元件，在汽車電子、航空航天、地震勘探、消費電子等領域得到廣泛的應用，不僅在民用領域，在戰術導彈的中段制導、靈巧炸彈和巡航導彈、飛機導航等軍事領域，其應用范圍也在不斷擴大。

微機械慣性傳感器直接數字輸出能夠有效降低成本，同時降低設計的難度，是MEMS傳感器發展的必然趨勢。利用Σ-Δ技術不僅能實現微機械加速度計的數字輸出，而且能夠實現系統的閉環工作，這在很大程度上增加了系統的工作帶寬，提高了系統的線性度和動態范圍。Σ-Δ微機械加速度計目前正朝著高精度、高階的方向發展，所以對于系統的輸出精度和穩定性要求越來越高。然而由于目前的工藝不穩定性，導致在設計微機械加速度計接口電路時存在一些難題。例如工藝不穩定性導致的機械表頭參數存在不準確性，而隨著溫度的變化，系統的參數也會發生變化等等，所以為了提高系統的性能，必須確保加速度計工作的可靠性。微機械加速度計接口電路的自檢測功能能夠很好的檢測出工藝參數和溫度變化等帶來的產品缺陷，提高產品率。

目前帶有自檢測功能的微加速度計接口電路的報道主要集中于模擬的電路結構，例如專利文件CN101271125A，發明名稱為“一種電容式微加速度計”，公開日期為2008年9月24日，該專利報道的帶自檢測功能的開環電路結構的電容式微加速度計接口電路，其只能滿足低端應用需求；專利文件CN101692095A，發明名稱為“帶有自檢測功能的電容式閉環加速度計接口電路”，公開日期為2010年4月7日，該專利報道的帶自檢測功能的閉環電容式加速度計接口電路，其滿足較高精度的應用需求，但其卻無法實現諧波失真自檢功能。

發明內容

本發明目的是為了解決目前的加速度計接口電路自檢功能主要解決模擬輸出的加速度計接口電路的自檢測，而無法實現直接數字輸出的閉環高階Σ-Δ加速度計接口電路諧波失真自檢測的問題，提供了一種帶諧波失真自檢功能的高階Σ-Δ閉環加速度計接口電路。

本發明所述帶諧波失真自檢功能的高階Σ-Δ閉環加速度計接口電路，它包括加速度計敏感結構、電荷電壓轉換器、前級放大器、相關雙采樣與采樣保持單元、相位補償器、自檢測單元、第一級積分器、第二級積分器、求和單元、第三級積分器和比較器，

加速度計敏感結構的等效加速度信號輸出端與電荷電壓轉換器的輸入端相連；

電荷電壓轉換器的輸出端與前級放大器的輸入端相連；

前級放大器的輸出端與相關雙采樣與采樣保持單元的輸入端相連；

相關雙采樣與采樣保持單元的輸出端與相位補償器的輸入端相連；

相位補償器的輸出端、自檢測單元的輸出端分別與第一級積分器的兩個輸入端相連；

第一級積分器的輸出端與第二級積分器的輸入端相連；

相位補償器的輸出端、第一級積分器的輸出端、第二級積分器的輸出端分別與求和單元的三個輸入端相連；

求和單元的輸出端與第三級積分器的輸入端相連；

第三級積分器的輸出端與比較器的輸入端相連；

比較器的輸出端分別與加速度計敏感結構、第一級積分器、第二級積分器、第三級積分器的反饋端相連；

比較器的輸出端輸出位流信號。

本發明的優點：本發明采用模擬電路和數字電路相結合的方式，模擬電路包括電荷電壓轉換器、前級放大器、相關雙采樣與采樣保持單元、相位補償器、積分器、比較器等；數字電路包括用于前級檢測、相位補償以及積分電路的開關控制時序產生電路等。

本發明所述加速度計接口電路在穩定性補償的基礎上，實現較高的精度，滿足了較高的應用需求，并且實現了直接數字輸出的閉環Σ-Δ加速度計接口電路諧波失真自檢測問題，降低了測試成本，提高了產品的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明所述帶諧波失真自檢功能的高階Σ-Δ閉環加速度計接口電路的原理框圖。

具體實施方式