[發明專利]一種MEMS傳感器系統及其使用方法

有效

• 申請號: 202011133654.3
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112187271B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 周永健;李宗偉;洪林峰;韓可都;劉婧
• 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: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 梁凱

本發明公開了一種MEMS傳感器系統，其包括：MEMS傳感器，其包含有：上極板、中間極板以及下極板；前置放大器用于將MEMS傳感器輸出的電荷量轉化為模擬電壓信號輸出；前置放大器包含有運算放大器和反饋電容；補償電容，其第一端與中間極板電性連接，第二端接入共模電壓用于存儲MEM傳感器的部分電荷量；模數轉換器用于將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號輸出；數字信號處理器用于對模數轉換器輸出的數字電壓信號進行噪聲壓制處理，并根據噪聲壓制處理后的數字電壓信號生成時序信號，且將時序信號輸出；脈沖產生器用于根據時序信號產生脈沖信號，以驅動MEMS傳感器工作。本發明能夠有效改善MEMS傳感器噪聲性能，降低系統功耗，提高系統精度。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及MEMS傳感器系統及其使用方法。

背景技術

現有MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)傳感器架構大多采用開關電容電路實現，這種電路存在較多的開關狀態切換，MEMS傳感器系統容易受開關噪聲影響，如開關熱噪聲等，限制了MEMS傳感器的精度，比如精度達到10ng/rt(Hz)的應用等。在地震勘探等應用中，需要高精度MEMS傳感器，應用開關電容電路結構的傳感器不能滿足要求。

現有的一些技術方案中，也有采用單電源供電系統，讀出電路參考電壓也為單電壓，如5V，如果運算放大器的輸入端接地(或者0V)時，由于MEMS傳感器直接連接讀出電路，由于讀出電路的放大作用，其輸出電壓接近供電電壓，即5V，傳統的電路結構容易飽和。

因此需要開發新的傳感器系統，能夠最大限度消除讀出電路中的開關要求，壓制開關熱噪聲，有效改善MEMS傳感器噪聲性能，降低系統功耗，提高系統精度。

發明內容

本申請實施例通過提供一種MEMS傳感器系統及其使用方法，能夠有效改善MEMS傳感器噪聲性能，降低系統功耗，提高系統精度。

本發明提供一種MEMS傳感器系統，其包括：

MEMS傳感器，其包含有：上極板、中間極板以及下極板；

前置放大器，用于將所述MEMS傳感器輸出的電荷量轉化為模擬電壓信號輸出；所述前置放大器包含有運算放大器和反饋電容，所述反饋電容并聯在所述運算放大器的負向輸入端和所述運算放大器的輸出端之間，所述運算放大器的負向輸入端與所述MEMS傳感器的輸出端電性連接，所述運算放大器的正向輸入端接地；

補償電容，其第一端與所述中間極板電性連接，第二端接入共模電壓，用于存儲所述MEM傳感器的部分電荷量，調節所述補償電容第二端接入的共模電壓值；

模數轉換器，與所述MEMS傳感器的輸出端電性連接，用于將所述模擬電壓信號轉換為數字電壓信號輸出；

數字信號處理器，與所述模數轉換器電性連接，用于對所述模數轉換器輸出的所述數字電壓信號進行噪聲壓制處理，并根據噪聲壓制處理后的所述數字電壓信號生成時序信號，且將所述時序信號輸出；

脈沖產生器，分別與所述數字信號處理器以及所述MEMS傳感器電性連接，用于根據所述時序信號產生脈沖信號，以驅動所述MEMS傳感器工作。

優選的，還包括：數模轉換器；

所述數模轉換器的輸入端與所述模數轉換器的輸出端電性連接，所述數模轉換器的輸出端與所述補償電容的第二端電性連接，用于根據所述模數轉換器輸出的所述數字電壓信號，生成所述共模電壓。

優選的，所述數字信號處理器，還用于產生抵消直流偏置信號的數字序列，并將所述數字序列輸出至所述數模轉換器。

優選的，所述脈沖產生器，還用于根據所述脈沖信號，控制所述上極板接參考電壓或者所述下極板接參考電壓，當所述上極板接所述參考電壓時，所述下極板接地或者接0V電壓，當所述下極板接所述參考電壓時，所述上極板接地或者接0V電壓。