[實用新型]一種MEMS電容式加速度計接口電路

有效

• 申請號: 201820462537.3
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN208174658U
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 齊敏;孫泉;喬東海
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所 11309
• 代理人: 陳霽

本實用新型涉及一種MEMS電容式加速度計接口電路，包括敏感單元和讀出裝置；讀出裝置包括：開關、前置放大器和正參考電壓以及共模電壓產生電路；正參考電壓以及共模電壓產生電路包括升壓電荷泵以及第一低噪聲線性穩壓器和第二低噪聲線性穩壓器；其中，第一低噪聲線性穩壓器和升壓電荷泵構成正參考電壓產生電路，第二低噪聲線性穩壓器和升壓電荷泵構成共模電壓產生電路；其中，正參考電壓產生電路用于產生一個相對于低輸入電源電壓兩倍或者更高的高壓，并轉化為相當于低輸入電源電壓兩倍的正參考電壓；共模電壓產生電路用于產生一個相對于低輸入電源電壓兩倍或者更高的高壓，并轉化為相當于低輸入電源電壓一半的共模電壓。

技術領域

本實用新型涉及電容式慣性傳感器，特別涉及一種MEMS(Micro ElectroMechanical System)電容式加速度計接口電路。

背景技術

電容式慣性傳感器一般包括加速度傳感器和陀螺儀等慣性傳感器，由這些慣性傳感器實時測量運載體相對于地面運動的加速度等參數，以確定運載體的位置和地球重力場參數，并將被測量的變化轉化為電容的變化。

下面以MEMS(Micro Electro Mechanical System)電容式慣性傳感器為例進行介紹。

隨著MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術的日益成熟，MEMS電容式慣性傳感器由于具有體積小、靈敏度高、直流特性穩定、漂移小、功耗低、溫度系數小等優點被廣泛的運用，然而MEMS電容式慣性傳感器的電容變化小，所以要求MEMS電容式慣性傳感器伺服電路具有精度高，線性度好，動態范圍大等特性。

現有MEMS電容式慣性傳感器伺服電路從結構分為閉環結構和開環結構兩種，從輸出信號分為模擬信號輸出和數字信號輸出。開環結構的電容式慣性傳感器伺服電路在線性度和測量量程以及動態范圍等都受到制約；閉環實現方案分為兩種，一種是基于模擬閉環的負反饋方案，一種是基于數字閉環的負反饋方案，基于數字閉環的負反饋方案擁有更好的的動態測量精度以及溫度穩定性，還可以實現數字化輸出。不管是閉環電路還是開環電路，都要包含接口電路。

現有MEMS電容式慣性傳感器伺服電路的輸入電源通常是雙電源或者是高壓的單電源，方便實現MEMS敏感單元的正負參考電壓以及高輸出靈敏度。高壓電路中所采用的高壓器件性能往往不如低壓器件，限制了整個系統的性能。同時高輸入電源意味著高功耗，在物探、慣導等需要電池供電的應用中，不適宜長時間作業。低輸入電源通常也會減小MEMS敏感單元的正負參考電壓值，在閉環應用中不能提供足夠的反饋力。

實用新型內容

本實用新型的目的在于解決上述技術問題，提供了一種單電源MEMS電容式加速度計低功耗開環結構接口電路，并具有優秀的噪聲抑制能力。

為實現上述目的，本實用新型提供的一種MEMS電容式加速度計接口電路，包括敏感單元和讀出裝置；讀出裝置包括：開關、前置放大器和正參考電壓以及共模電壓產生電路；正參考電壓以及共模電壓產生電路包括升壓電荷泵以及第一低噪聲線性穩壓器LDO1和第二低噪聲線性穩壓器LDO2；其中，第一低噪聲線性穩壓器LDO1和升壓電荷泵構成正參考電壓產生電路，第二低噪聲線性穩壓器LDO2和升壓電荷泵構成共模電壓產生電路；其中，正參考電壓產生電路，用于產生一個相對于低輸入電源電壓兩倍或者更高的高壓，并將相對于低輸入電源電壓兩倍或者更高的高壓轉化為相當于低輸入電源電壓兩倍的正參考電壓；共模電壓產生電路用于產生一個相對于低輸入電源電壓兩倍或者更高的高壓，并將相對于低輸入電源電壓兩倍或者更高的高壓轉化為相當于低輸入電源電壓一半的共模電壓。

進一步的，正參考電壓產生電路的輸出和地分別作為MEMS敏感單元的正負參考電壓，共模電壓產生電路的輸出作為MEMS敏感單元和前置放大器的共模電壓。

進一步的，前置放大器通過低輸入電源供電，采用高性能的低壓MOS管設計。

進一步的，接口電路應用于低功耗開環或者閉環加速度計接口電路。