[發明專利]一種新型高精度MEMS加速度計

有效

• 申請號: 201610105866.8
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105759077B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 薛旭;洪林峰;楊長春;李宗偉;熊興崟;韓可都
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 巴曉艷

1.一種MEMS加速度計，其特征在于，所述MEMS加速度計包括：

MEMS敏感單元，所述MEMS敏感單元用于感受加速度信號，將所述加速度信號轉化為慣性力成為MEMS敏感單元輸出信號；

讀出裝置，所述讀出裝置將所述MEMS敏感單元輸出信號轉化為脈沖產生裝置可識別的輸入信號；所述讀出裝置還包含前置放大器和模數轉換器；所述前置放大器對所述MEMS敏感單元輸出信號進行過采樣；

脈沖產生裝置，所述脈沖產生裝置將所述輸入信號進行信號估計、控制算法轉換、數字量化得到量化的比特流信號，所述量化的比特流信號經轉化為靜電力用于平衡所述慣性力；所述量化的比特流信號是過采樣的調制信號，包含用于平衡所述慣性力的大小和極性信息。

2.根據權利要求1所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述脈沖產生裝置包括信號估計單元、控制算法單元、數字量化單元。

3.根據權利要求2所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述信號估計單元對所述輸入信號進行預處理和真實值估計，并將估計后的信號輸出給所述控制算法單元。

4.根據權利要求3所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述控制算法單元將信號估計單元估計后的信號進行相位補償和噪聲整形，所述數字量化單元將相位補償和噪聲整形后的信號量化輸出為量化的比特流信號。

5.根據權利要求1所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述MEMS加速度計還包括靜電力脈沖控制單元；所述MEMS敏感單元、所述讀出裝置、所述脈沖產生裝置及所述靜電力脈沖控制單元依次連接構成回路。

6.根據權利要求5所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述靜電力脈沖控制單元包括時序控制單元、電壓基準源單元。

7.根據權利要求1所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述讀出裝置包括可變增益放大器。

8.根據權利要求7所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述脈沖產生裝置通過信號估計單元的信噪比調整所述可變增益放大器的增益。

9.根據權利要求6所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述靜電力脈沖控制單元接收量化的比特流信號，所述時序控制單元通過控制切換所述電壓基準源單元導通的方向和導通的次數，以判斷加速度信號的方向及大小，實現反饋靜電力平衡所述慣性力。

10.根據權利要求1所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述模數轉換器采樣速率高于所述前置放大器。

11.根據權利要求1所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述MEMS敏感單元輸出信號為電容的變化信號。

12.根據權利要求1所述的一種MEMS加速度計，其特征在于，所述MEMS加速度計還包括抽取濾波單元，所述抽取濾波單元將量化后的比特流信號進行降采樣和濾波處理后輸出為可識別的高位數字量信號。

13.一種MEMS加速度計的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

A）提供MEMS敏感單元，所述MEMS敏感單元用于感受加速度信號，將所述加速度信號轉化為慣性力成為MEMS敏感單元輸出信號；所述MEMS敏感單元輸出信號為電容的變化信號；

B）提供讀出裝置，所述讀出裝置將MEMS敏感單元輸出信號轉化為脈沖產生裝置可識別的輸入信號；所述讀出裝置包含前置放大器和模數轉換器；所述前置放大器對MEMS敏感單元輸出信號進行過采樣；所述模數轉換器采樣速率高于前置放大器；

C）提供脈沖產生裝置，所述脈沖產生裝置將所述輸入信號進行控制算法轉換、數字量化得到量化的比特流信號，所述量化的比特流信號經轉化為靜電力用于平衡所述慣性力；所述量化的比特流信號是過采樣的調制信號，包含用于平衡所述慣性力的大小和極性信息。

14.根據權利要求13所述的一種MEMS加速度計的控制方法，其特征在于，所述方法還提供靜電力脈沖控制單元；所述MEMS敏感單元、讀出裝置、脈沖產生裝置及靜電力脈沖控制單元依次連接構成回路。

15.根據權利要求14所述的一種MEMS加速度計的控制方法，其特征在于，所述靜電力脈沖控制單元包括時序控制單元、電壓基準源單元。