[發明專利]一種電微調參考電壓模數轉換裝置

有效

• 申請號: 202010733876.2
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111800138B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 齊敏;喬東海
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H03M1/34
• 分類號: H03M1/34
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發明涉及一種電微調參考電壓模數轉換裝置，該裝置包括模數轉換器和向該模數轉換器提供參考電壓的電微調參考電壓電路。電微調參考電壓電路包括：帶隙基準源、可調正參考電壓產生電路、負參考電壓產生電路和電微調電路。電微調電路根據第一輸入電壓生成第一控制電壓，根據第二輸入電壓生成第二控制電壓；可調正參考電壓產生電路接收并根據第一控制電壓和第二控制電壓處理帶隙基準源產生的帶隙電壓，生成正參考電壓；負參考電壓產生電路接收并根據正參考電壓生成負參考電壓。將上述裝置應用于MEMS閉環數字加速度計系統，在封裝后用電微調的方式修正并固化模數轉換器的參考源電壓，使得模數轉換器達到更高的分辨率，加速度計系統達到更高的精度。

技術領域

本發明涉及電容式慣性傳感器，特別涉及一種電微調參考電壓模數轉換裝置。

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，針對現行主流MEMS模擬閉環加速度計系統存在積分飽和等缺點，引入模數轉換器將電容電壓轉換電路輸出的模擬信號轉換為數字信號，然后交由FPGA實現的數字環路濾波器進行處理，該方案擁有更好的動態測量精度以及溫度穩定性，還可以實現數字化輸出。

在數字閉環的負反饋方案中，其模數轉換器的量化位數決定了系統的分辨能力,其轉換精度限定了系統的測量精度。為了提高系統的分辨能力,通常的做法是增加模數轉換器的量化位數，然而通常的高位模數轉換器在轉換速度上不是很理想。采用電微調參考電壓的模數轉換器，通過適量降低參考電壓提高模數轉換器的測量精度，既降低了設計難度，又減小了模數轉換器的量化噪聲對系統性能的影響，同時滿足了系統對模數轉換器精度和速度的需求。

在MEMS電容式慣性傳感器系統閉環運行情況下，測試MEMS敏感單元后電容電壓轉換電路的輸出，根據其范圍用電微調的方式確定模數轉換器最終的參考電壓。

現有MEMS電容式慣性傳感器伺服電路中的模數轉換器的參考電壓通常都是確定的在電源范圍內最大的參考電壓，可以實現最寬的輸入范圍，但是這樣不利于提高系統精度。另外的方法是通過監測MEMS敏感單元后電容電壓轉換電路的輸出，動態調整模數轉換器的參考電壓，缺點是參考電壓的實時變化會降低系統的速度，因為修調后，參考電壓穩定需要時間，因此降低了系統速度。

發明內容

本發明的目的在于解決上述技術問題，提供了一種電微調參考電壓模數轉換裝置，將其應用于MEMS閉環數字加速度計系統中可以實現模數轉換器的高精度應用。