[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于MEMS電容的數(shù)字閉環(huán)控制電荷泵

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010041491.X
• 申請(qǐng)日: 2020-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111130341B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周斌;魏琦;李司棋;王月
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M3/07
• 分類(lèi)號(hào): H02M3/07
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 冀志華

1.一種基于MEMS電容的數(shù)字閉環(huán)控制電荷泵，其特征在于：其包括電荷泵、MEMS電容模塊、C/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字控制器和D/A控制模塊；

所述電荷泵的輸出端與所述MEMS電容模塊的驅(qū)動(dòng)電極相連，將高壓信號(hào)發(fā)送到所述MEMS電容模塊，所述MEMS電容模塊的驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電極輸出電容變化量信號(hào)到所述C/D轉(zhuǎn)換模塊；

所述C/D轉(zhuǎn)換模塊將所述電容變化量信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠反映電容變化量的數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送到所述數(shù)字控制器；

所述數(shù)字控制器根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)和設(shè)定值產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào)，并發(fā)送到所述D/A控制模塊；

所述D/A控制模塊根據(jù)所述數(shù)字控制信號(hào)生成模擬控制信號(hào)，并發(fā)送到所述電荷泵的輸入端形成閉環(huán)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS電容的數(shù)字閉環(huán)控制電荷泵，其特征在于：其還包括溫度檢測(cè)模塊，所述溫度檢測(cè)模塊的輸入端與所述MEMS電容模塊相連，輸出端與所述數(shù)字控制器相連，將采集的所述MEMS電容模塊的溫度信號(hào)發(fā)送到所述數(shù)字控制器，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS電容的數(shù)字閉環(huán)控制電荷泵，其特征在于：所述電荷泵包括若干級(jí)充放電結(jié)構(gòu)；

除最后一級(jí)所述充放電結(jié)構(gòu)外，其他各級(jí)所述充放電結(jié)構(gòu)均包括一PMOS管和一電容，各級(jí)所述充放電結(jié)構(gòu)中所述PMOS管的柵極與漏極短接，所述PMOS管的漏極分別與本級(jí)充放電結(jié)構(gòu)中電容的正極和下一級(jí)充放電結(jié)構(gòu)中PMOS管的源極相連，構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)；

第一級(jí)充放電結(jié)構(gòu)中PMOS管的源極作為所述電荷泵的電壓輸入端V_IN，最后一級(jí)充放電結(jié)構(gòu)包括另一PMOS管，且另一所述PMOS管的漏極作為所述電荷泵的高壓輸出端HV；

各單數(shù)級(jí)充放電結(jié)構(gòu)中電容的負(fù)極并聯(lián)后與反相時(shí)鐘輸入端相連；

各偶數(shù)級(jí)充放電結(jié)構(gòu)中電容的負(fù)極并聯(lián)后與正相時(shí)鐘輸入端相連。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS電容的數(shù)字閉環(huán)控制電荷泵，其特征在于：所述MEMS電容模塊通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)將所述電荷泵輸入的高壓信號(hào)轉(zhuǎn)換至電容變化信號(hào)，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括兩固定梳齒以及設(shè)置在兩所述固定梳齒之間的可動(dòng)梳齒，其中一所述固定梳齒與所述可動(dòng)梳齒構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)電極與所述電荷泵相連，另一所述固定梳齒與所述可動(dòng)梳齒構(gòu)成所述驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電極與所述C/D轉(zhuǎn)換模塊相連；所述可動(dòng)梳齒與高頻載波信號(hào)相連；所述可動(dòng)梳齒在所述電荷泵輸入的高壓信號(hào)作用下在兩所述固定梳齒之間移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的壓差由所述驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電極轉(zhuǎn)換為電容量變化信號(hào)發(fā)送到所述C/D轉(zhuǎn)換模塊。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS電容的數(shù)字閉環(huán)控制電荷泵，其特征在于：所述C/D轉(zhuǎn)換模塊包括C/V模塊和A/D模塊；

所述C/V模塊用于產(chǎn)生能夠反映所述MEMS電容模塊的電容變化量的模擬電壓信號(hào)；

所述A/D模塊用于將所述模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠反映所述MEMS電容模塊的電容變化量的數(shù)字信號(hào)。

6.如權(quán)利要求5所述的一種基于MEMS電容的數(shù)字閉環(huán)控制電荷泵，其特征在于：所述C/V模塊包括OTA運(yùn)算放大器、反饋電容、反饋電阻和模擬開(kāi)關(guān)解調(diào)模塊；

所述OTA運(yùn)算放大器的正向端與所述MEMS電容模塊的驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電極相連，所述OTA運(yùn)算放大器的輸出端與所述模擬開(kāi)關(guān)解調(diào)模塊的輸入端相連；

所述反饋電容和反饋電阻并聯(lián)在所述OTA運(yùn)算放大器的正向端與輸出端之間；

所述模擬開(kāi)關(guān)解調(diào)模塊在高頻載波的輸入下，對(duì)所述OTA運(yùn)算放大器輸出的能夠反映所述MEMS電容模塊的電容變化量的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)結(jié)果發(fā)送至所述A/D模塊。

7.如權(quán)利要求6所述的一種基于MEMS電容的數(shù)字閉環(huán)控制電荷泵，其特征在于：當(dāng)輸入所述模擬開(kāi)關(guān)解調(diào)模塊的高頻載波與輸入所述MEMS電容模塊的高頻載波信號(hào)一致時(shí)，通過(guò)電容檢測(cè)得到的電壓與電容量變化的比例關(guān)系只取決于所述MEMS電容的固有機(jī)械結(jié)構(gòu)。