[發明專利]MEMS傳感器檢測裝置以及MEMS傳感器系統

有效

• 申請號: 201911074905.2
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110763870B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 李宗偉;韓可都;劉婧;馮方方;楊長春
• 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: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08;G01P15/125;G01P15/13
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 何蓉

本發明公開了一種MEMS傳感器檢測裝置以及MEMS傳感器系統，所述MEMS傳感器檢測裝置包括：讀出電路，用于對MEMS傳感器的輸出信號進行模擬信號處理，以產生檢測電壓；抵消電壓產生電路，用于根據所述檢測電壓產生重力抵消電壓，所述重力抵消電壓和重力加速度成正比例關系；選擇電路，用于在反饋階段選擇所述檢測電壓輸出，在重力抵消階段選擇所述重力抵消電壓輸出，其中，在一個檢測周期內所述反饋階段位于所述重力抵消階段之后；反饋電路，用于根據所述選擇電路的輸出電壓產生反饋電壓，所述反饋電壓和所述選擇電路的輸出電壓成正比例關系。本發明公開的MEMS傳感器檢測裝置以及MEMS傳感器系統，能夠抵消重力加速度的影響，提高MEMS傳感器系統的靈敏度。

技術領域

本發明涉及微機電系統技術領域，具體涉及一種MEMS傳感器檢測裝置以及MEMS傳感器系統。

背景技術

在人工智能、自動駕駛、慣性導航以及物聯網的進一步發展之下，信號檢測顯得尤為重要，而與信號檢測息息相關的傳感器技術也得到了迅速發展。特別是物聯網的發展，使得傳感器產品需求大幅度增加，重心也逐漸轉向技術含量較高的微機電系統(MEMS，Micro-Electro-Mechanical Systems)傳感器領域。微機電系統是利用傳統的半導體工藝和材料，集微傳感器、微執行器、微機械機構、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統，具有體積小、成本低、集成化等優點。

圖1是現有的一種MEMS傳感器系統的電路結構示意圖，所述MEMS傳感器系統采用模擬閉環負反饋架構，包括MEMS傳感器10以及所述MEMS傳感器10的檢測裝置，其中，所述檢測裝置包括讀出電路11、反饋電路12以及開關S11。具體地，所述MEMS傳感器10為電容式MEMS加速度傳感器，用于將加速度轉換為微弱信號輸出；所述讀出電路11用于對所述MEMS傳感器10的輸出信號進行放大、濾波等模擬信號處理，產生檢測電壓V_S；所述開關S11在所述檢測裝置工作于反饋階段時導通，將所述檢測電壓V_S傳輸至所述反饋電路12；所述反饋電路12用于根據所述檢測電壓V_S產生與所述檢測電壓V_S成比例的反饋電壓V_F，以向所述MEMS傳感器10提供反饋靜電力，所述反饋靜電力使得所述MEMS傳感器10中的檢測質量塊始終保持在平衡位置處進行小范圍波動。

靈敏度是指傳感器系統穩定工作時其檢測方向輸出變化量與輸入變化量的比值。對于圖1所示的MEMS傳感器系統，假設所述MEMS傳感器10檢測的加速度范圍為±2g，靈敏度為2V/g，假定讀出電路的輸出電壓最大值為4V，則所述檢測電壓V_S的最大電壓值為4V，其中，g為重力加速度。如果要提高所述MEMS傳感器系統的靈敏度到4V/g，在所述檢測電壓V_S的最大電壓值不變的情況下，所述MEMS傳感器10檢測的加速度范圍降為±1g。此時，所述MEMS傳感器10在1g或者-1g位置時不能正常工作，因為在1g位置時不能檢測大于1g的加速度信號，在-1g位置時不能檢測小于-1g的加速度信號。由此可知，圖1所示的MEMS傳感器系統檢測加速度范圍與高靈敏度存在矛盾。在地震勘探等應用中，需要高精度與高靈敏度的MEMS傳感器系統，圖1所示的MEMS傳感器系統的靈敏度無法滿足要求。

發明內容

本發明所要解決的是現有的MEMS傳感器系統靈敏度低的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種MEMS傳感器檢測裝置，包括：

讀出電路，用于對MEMS傳感器的輸出信號進行模擬信號處理，以產生檢測電壓；

抵消電壓產生電路，用于根據所述檢測電壓產生重力抵消電壓，所述重力抵消電壓和重力加速度成正比例關系；

選擇電路，用于在反饋階段選擇所述檢測電壓輸出，在重力抵消階段選擇所述重力抵消電壓輸出，其中，在一個檢測周期內，所述反饋階段位于所述重力抵消階段之后；