[發(fā)明專利]一種高精度硅微諧振式壓力傳感器接口電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310291280.1
• 申請(qǐng)日: 2013-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN103592061A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑偉政;孫小東;任森;王偉康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/10
• 分類號(hào): G01L1/10;G01L9/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高精度硅微諧振式壓力傳感器接口電路，屬于微機(jī)械傳感器領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

硅微諧振式壓力傳感器是目前精度最高的硅微壓力傳感器，通過間接測(cè)量微諧振器的頻率變化來達(dá)到測(cè)量壓力的目的，頻率輸出為準(zhǔn)數(shù)字輸出，可與計(jì)算機(jī)直接接口，且其響應(yīng)快、頻帶寬、功耗低、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。為了測(cè)量微諧振器的諧振頻率，需要通過某種檢測(cè)/激勵(lì)方式把諧振器保持在諧振狀態(tài)，常用的檢測(cè)方法有電容檢測(cè)、電熱檢測(cè)、壓阻檢測(cè)等，相應(yīng)的激勵(lì)方法有靜電激勵(lì)、電熱激勵(lì)、電磁激勵(lì)等；其中靜電激勵(lì)/電容檢測(cè)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好受到廣泛應(yīng)用；對(duì)于微電容式諧振器，檢測(cè)端與驅(qū)動(dòng)端處于同一硅襯底上，相互之間距離非常近，而諧振器振動(dòng)幅值較小，其有用可變電容一般在fF量級(jí)，而驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)間的耦合電容在pF量級(jí)，因此在檢測(cè)的信號(hào)中，同頻耦合信號(hào)遠(yuǎn)大于有用信號(hào)，使得微弱的有用信號(hào)很難被有效地檢測(cè)到。為解決此問題，可以通過增大諧振器振動(dòng)幅值，增大驅(qū)動(dòng)端與檢測(cè)端的距離以增大有用信號(hào)，減小耦合信號(hào)，也可以通過在驅(qū)動(dòng)端與檢測(cè)端之間加屏蔽的方法減小耦合電容，但這些方法適用范圍有限，信噪比低，耦合信號(hào)無法完全消除。?

發(fā)明內(nèi)容

為了克服以上缺陷，本發(fā)明提出一種基于載波調(diào)制/解調(diào)，能消除耦合信號(hào)，信噪比高的硅微諧振式壓力傳感器接口電路。?

參閱圖1，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高精度硅微諧振式壓力傳感器接口電路，包括載波發(fā)生器1、驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器2、跨阻放大器6、檢測(cè)端5、高通濾波器7、解調(diào)器8、低通濾波器9和儀表放大器10；載波發(fā)生器1在微諧振器4上加高頻載波v_i，同時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器2產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_d加在諧振器驅(qū)動(dòng)端3驅(qū)動(dòng)諧振器4振動(dòng)，振動(dòng)?產(chǎn)生的低頻差分有用信號(hào)被調(diào)制到高頻，兩個(gè)跨阻放大器6將檢測(cè)端5輸出的兩個(gè)差分交變電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)u(t)＝R(C₀±ΔC)v_i+RC₁v_d，其中C₀為諧振器與檢測(cè)端的固定電容，ΔC為諧振器振動(dòng)產(chǎn)生的交變有用電容，C₁為驅(qū)動(dòng)端與檢測(cè)端的耦合電容，R為跨阻放大器6跨接的電阻；高通濾波器7濾除耦合低頻信號(hào)RC₁v_d，保留有用調(diào)制信號(hào)，解調(diào)器8將調(diào)制信號(hào)解調(diào)，低通濾波器9將解調(diào)后的高頻信號(hào)濾除，保留低頻有用信號(hào)，儀表放大器10將差分有用信號(hào)轉(zhuǎn)成單端信號(hào)并放大。?

本發(fā)明提出的基于載波調(diào)制/解調(diào)的硅微諧振式壓力傳感器接口電路的工作過程包括以下步驟：?

步驟1：驅(qū)動(dòng)信號(hào)信號(hào)發(fā)生器2與載波發(fā)生器分別1作用在驅(qū)動(dòng)端3和諧振器4上，?

驅(qū)動(dòng)諧振器振動(dòng)，檢測(cè)端5輸出電流信號(hào)i(t)；?

步驟2：x(t)經(jīng)過跨阻放大器6輸出電壓信號(hào)u(t)；?

步驟3：u(t)經(jīng)過高通濾波器7輸出信號(hào)u′(t)；?

步驟4：u′(t)經(jīng)過解調(diào)器8輸出信號(hào)h(t)；?

步驟5：h(t)經(jīng)過低通濾波器9輸出信號(hào)h′(t)；?

步驟6：兩路差分信號(hào)h′(t)經(jīng)過儀表放大器10輸出v(t)；?

本發(fā)明的有益效果是：跨阻放大器6的輸出為高頻調(diào)制信號(hào)u(t)，其包含了有用信號(hào)，經(jīng)過高通濾波器7，低頻耦合信號(hào)被消除，再經(jīng)過解調(diào)器8、低通濾波器9、儀表放大器10得到的輸出信號(hào)v(t)只包含低頻有用信號(hào)，信噪比高。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的硅微諧振式壓力傳感器接口電路原理示意圖。?

圖中，1-載波發(fā)生器，2-驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，3-傳感器驅(qū)動(dòng)端，4-諧振器，5-傳感器檢測(cè)端，6-跨阻放大器，7-高通濾波器，8-解調(diào)器，9-低通濾波器，10-儀表放大器。?

具體實(shí)施方式

本實(shí)例采用的微諧振器諧振頻率在大氣壓下為5KHz，載波為正弦波，頻率為1MHz，幅值1V，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為5KHz正弦電壓信號(hào)，幅值100mV，微諧振器與檢測(cè)端有用變化電容為10fF，諧振器與檢測(cè)端固定電容為1pF，驅(qū)動(dòng)端與檢測(cè)端耦合電容為2pF。?

本實(shí)施例中硅微諧振式壓力傳感器接口電路的工作過程，包括以下步驟：?

步驟一：頻率5KHz，幅值100mV的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)2與頻率1MHz，幅值1V的載波信號(hào)1分別作用在傳感器驅(qū)動(dòng)端3與諧振器4上，驅(qū)動(dòng)諧振器振動(dòng)，使傳感器檢測(cè)端5輸出電流信號(hào)i(t)；?