[發明專利]基于FPGA的微機電混合ΣΔM加速度計閉環檢測電路系統

有效

• 申請號: 201610251519.6
• 申請日: 2016-04-21
• 公開（公告）號: CN105699694B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 陳方;李昕欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種基于FPGA的微機電混合ΣΔM加速度計閉環檢測電路系統，包括：微機械加速度計、差分電荷放大器組件、高通濾波器、多位模數轉換器、FPGA及工作時序控制反饋開關；差分電荷放大器組件的輸入端與微機械加速度計相連接；高通濾波器的輸入端與差分電荷放大器組件的輸出端相連接；多位模數轉換器的輸入端與高通濾波器的輸出端相連接，多位模數轉換器的輸出端與FPGA相連接；FPGA與微機械加速度計及工作時序控制反饋開關相連接；工作時序控制反饋開關的第一端與FPGA相連接，工作時序控制反饋開關的第二端與微機械加速度計相連接。本發明的微加速度計閉環檢測電路系統具有簡單容易實現、穩定性好、可移植性強的優點。

技術領域

本發明設計一種閉環力反饋硅微機械加速度計的電路系統，特別涉及一種基于FPGA的微機電混合ΣΔM(Sigma-Delta Modulator)加速度計閉環檢測電路系統。

背景技術

加速度計是慣性導航系統的重要器件之一，是用來測量物體相對于慣性空間線性加速度的裝置，被廣泛的應用于航空、航天、航海等領域。隨著微機電技術的發展，硅微機械加速度計由于其體積小、功耗低以及可大批量生產等特點，應用范圍迅速擴大。

硅微機械加速度計通過中心質量塊敏感加速度變化，中心質量塊的可動電極相對于固定電極產生間距變化，一方面通過電極上的電容極板檢測間距變化電容信號來確定加速度大小。另一方面該信號通過靜電力反饋產生力矩，作用于中心質量塊，使得中心質量塊回到平衡位置；其中反饋靜電力可以是模擬式或者數字式，從而形成模擬閉環檢測和數字閉環檢測。

傳統的硅微機械加速度計閉環檢測電路采用模擬電路來實現，而模擬器件本身不可避免的引入溫漂，還存在噪聲、漏電流和抗干擾能力差等多方面問題，從而影響精度。為了進一步改善微加速度計的性能，須采用數字電路實現微加速度計的外圍信號處理。目前，包括本實驗室在內的國內外相關科研機構已經進行了利用純模擬電路的方式實現硅微加速度計閉環檢測電路的研究，并取得了一定的成果，例如：模擬PID閉環檢測電路、連續時間高階閉環檢測電路等。但是隨著硅微機械加速度計性能要求的進一步提高，模擬電路在穩定性、靈活性、復雜性和優化性等方面很難滿足要求。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出了一種簡單容易實現、穩定性好、可移植性強的基于FPGA的微機電混合ΣΔM加速度計閉環檢測電路系統，用于解決現有技術中模擬電路實現的微機械加速度計外圍閉環信號處理電路存在的結構復雜、靈活性差、調試難度大、存在噪聲和溫漂等問題。