用于自平衡電容器電橋的讀出電路的制作方法
【專利摘要】一種電容換能器和一種用于處理來自電容換能器的信號(hào)的讀出電路。所述讀出電路包括高增益電路元件、兩個(gè)求和放大器和兩個(gè)反饋路徑。所述高增益電路元件生成經(jīng)放大的換能器信號(hào)，所述求和放大器分別對(duì)所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)和正參考電壓及負(fù)參考電壓求和，以生成第一求和信號(hào)和第二求和信號(hào)。所述反饋路徑將所述和信號(hào)反饋至所述換能器。輸出電路基于所述和信號(hào)生成輸出信號(hào)。所述高增益電路元件可以是開關(guān)電容器積分器。所述輸出電路可以在所述第一和第二求和信號(hào)的基礎(chǔ)上生成輸出信號(hào)。
【專利說明】用于自平衡電容器電橋的讀出電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及電容換能器，更具體而言涉及用于使電容換能器中不希望出現(xiàn)的干擾衰減的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]換能器將一般的物理量(例如，加速度、壓力等)轉(zhuǎn)換成能夠通過電子電路處理的量。具體而言，電容換能器生成對(duì)應(yīng)于測(cè)得的輸入信號(hào)的幅值的電容變化。電容換能器的讀出電路將所述換能器生成的電容變化變換為電信號(hào)。在所述過程中，所述電路向換能器電極施加電壓波形。
[0003]電容加速度計(jì)，即用于測(cè)量加速度的電容換能器包括機(jī)械感測(cè)元件和讀出電路。圖1示出了電容加速度計(jì)的機(jī)械感測(cè)元件100的示范性實(shí)施例。在該實(shí)施例中，所述機(jī)械感測(cè)兀件100包括懸置于第一彈簧104和第二彈簧106之間的質(zhì)量塊102、第一電極110和第二電極112。質(zhì)量塊102的近端耦合至第一彈簧104，質(zhì)量塊102的遠(yuǎn)端耦合至第二彈簧106。所述第一彈簧104具有兩個(gè)末端:第一末端耦合至質(zhì)量塊102的近端，第二末端耦合至襯底。第二彈簧106具有兩個(gè)末端:第一末端耦合至質(zhì)量塊102的遠(yuǎn)端，第二末端耦合至所述襯底。公共電極108耦合至質(zhì)量塊102，并使其隨質(zhì)量塊102 —起相對(duì)于所述襯底移動(dòng)。所述第一和第二電極110、112相對(duì)于襯底固定。在這一實(shí)施例中，正參考電壓Vs被施加至第一電極110，負(fù)參考電壓-Vs被施加至第二電極112。在所述第一電極110和公共電極108之間形成第一可變電容器C1，在所述第二電極112和公共電極108之間形成第二可變電容器C2。
[0004]在這一實(shí)施例中，在所述系統(tǒng)休止時(shí)，在第一電極110和公共電極108之間以及在第二電極112和公共電極108之·間存在基本相等的標(biāo)稱間隙g(l，從而在第一可變電容器C1和第二可變電容器C2中建立基本·相等的電容。輸入加速度使質(zhì)量塊102相對(duì)于所述襯底移動(dòng)，其改變所述電極之間的縫隙，因而改變可變電容器Cp C2的電容。沿箭頭120的方向的加速度使質(zhì)量塊102偏移與輸入加速度成比例的距離ΛΧ。質(zhì)量塊102的這一移動(dòng)使第一電極110和公共電極108之間的距離增大到gc^Ax，使第二電極112和公共電極108之間的距離降低至go-Λχ，這改變了電容器C1和C2的電容。通過下式確定可變電容器C1和C2的電容C:
【權(quán)利要求】
1.一種讀出電路，所述讀出電路用于處理來自電容換能器的換能器信號(hào)并且生成電路輸出信號(hào)，所述讀出電路包括: 高增益電路元件，所述高增益電路元件接收所述換能器信號(hào)并且生成經(jīng)放大的換能器信號(hào); 通過有源電路實(shí)現(xiàn)的第一求和放大器，所述第一求和放大器對(duì)所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)和正參考電壓求和并且生成第一求和信號(hào)； 通過有源電路實(shí)現(xiàn)的第二求和放大器，所述第二求和放大器對(duì)所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)和負(fù)參考電壓求和并且生成第二求和信號(hào)，所述負(fù)參考電壓與所述正參考電壓具有基本相同的幅值，但是具有相反的極性； 第一反饋路徑，所述第一反饋路徑將所述第一求和信號(hào)反饋回所述電容換能器； 第二反饋路徑，所述第二反饋路徑將所述第二求和信號(hào)反饋回所述電容換能器；以及 輸出電路，所述輸出電路基于所述第一求和信號(hào)和所述第二求和信號(hào)生成電路輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的讀出電路，其中，所述高增益電路元件是開關(guān)電容器積分器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的讀出電路，其中，所述第一求和放大器和所述第二求和放大器中的每一個(gè)都包括運(yùn)算放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的讀出電路，其中，將至所述第一求和放大器的所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)和所述正參考電壓耦合至所述第一求和放大器的運(yùn)算放大器的反相輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的讀出電路，還包括使所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)反相的反相放大器。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的讀出電路，其中，所述輸出電路生成作為所述第一求和信號(hào)和所述第二求和信號(hào)的平均值的電路輸出信號(hào)。
7.一種讀出電路，所述讀出電路用于處理來自電容換能器的換能器信號(hào)并且生成電路輸出信號(hào)，所述讀出電路包括: 正向路徑，所述正向路徑包括高增益電路元件、第一求和放大器和第二求和放大器，所述高增益電路元件接收所述換能器信號(hào)并且生成經(jīng)放大的換能器信號(hào)，所述第一求和放大器對(duì)所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)和正參考電壓求和并且生成第一求和信號(hào)，所述第二求和放大器對(duì)所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)和負(fù)參考電壓求和并且生成第二求和信號(hào)，所述負(fù)參考電壓和所述正參考電壓具有基本相同的幅值，但是具有相反的極性； 第一反饋路徑，所述第一反饋路徑將所述第一求和信號(hào)反饋回所述電容換能器； 第二反饋路徑，所述第二反饋路徑將所述第二求和信號(hào)反饋回所述電容換能器；以及 輸出電路，所述輸出電路基于所述第一求和信號(hào)和所述第二求和信號(hào)生成電路輸出信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的讀出電路，其中，所述高增益電路元件是開關(guān)電容器積分器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的讀出電路，其中，所述求和放大器包括運(yùn)算放大器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的讀出電路，還包括使所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)反相的反相放大器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的讀出電路，其中，所述第一求和放大器和所述第二求和放大器中的至少一個(gè)求和放大器是通過有源電路實(shí)現(xiàn)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的讀出電路，其中，所述輸出電路生成作為所述第一求和信號(hào)和所述第二求和信號(hào)的平均值的電路輸出信號(hào)。
13.—種電容換能器系統(tǒng)，包括: 電容感測(cè)元件，所述電容感測(cè)元件基于物理量生成換能器信號(hào)； 高增益電路元件，所述高增益電路元件接收所述換能器信號(hào)并且生成經(jīng)放大的換能器信號(hào); 通過有源電路實(shí)現(xiàn)的第一求和放大器，所述第一求和放大器對(duì)所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)和參考電壓求和并且生成第一求和信號(hào)； 通過有源電路實(shí)現(xiàn)的第二求和放大器，所述第二求和放大器對(duì)所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)和負(fù)參考電壓求和并且生成第二求和信號(hào)，所述負(fù)參考電壓與所述參考電壓具有基本相同的幅值，但是具有相反的極性； 第一反饋路徑，所述第一反饋路徑將所述第一求和信號(hào)反饋回所述電容感測(cè)元件； 第二反饋路徑，所述第二反饋路徑將所述第二求和信號(hào)反饋回所述電容換能器；以及 輸出電路，所述輸出電路基于所述第一求和信號(hào)和所述第二求和信號(hào)生成電路輸出信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電容換能器系統(tǒng)，其中，所述高增益電路元件是開關(guān)電容器積分器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電容換能器系統(tǒng)，其中，所述第一求和放大器和所述第二求和放大器中的每一個(gè)都包括運(yùn)算放大器?！?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電容換能器系統(tǒng)，還包括使所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)反相的反相放大器。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電容換能器系統(tǒng)，其中，所述輸出電路生成作為所述第一求和信號(hào)和所述第二求和信號(hào)的平均值的電路輸出信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電容換能器系統(tǒng)，其中，所述電容感測(cè)元件包括傳感器芯，所述傳感器芯包括具有第一可移動(dòng)電容板的第一可變電容器和具有第二可移動(dòng)電容板的第二可變電容器，所述第一可移動(dòng)電容板耦合至所述第二可移動(dòng)電容板。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電容換能器系統(tǒng)，其中，所述電容感測(cè)元件包括第一電容芯和第二電容芯，并且所述換能器信號(hào)包括所述第一電容芯生成的第一換能器信號(hào)和所述第二電容芯生成的第二換能器信號(hào)； 其中，所述高增益電路元件接收所述第一換能器信號(hào)和所述第二換能器信號(hào)，并基于所述第一換能器信號(hào)和所述第二換能器信號(hào)生成所述經(jīng)放大的換能器信號(hào)； 其中，所述第一反饋路徑將所述第一求和信號(hào)反饋回所述第一電容芯和所述第二電容芯；并且 其中，所述第二反饋路徑將所述第二求和信號(hào)反饋回所述第一電容芯和所述第二電容-!-HΛ ο
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電容換能器系統(tǒng)，其中，所述第一電容芯的電容器的反應(yīng)基本上與所述第二電容芯的電容器的反應(yīng)相同。
【文檔編號(hào)】G01P15/125GK103858014SQ201280049192
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月29日
【發(fā)明者】V·佩特科夫, G·巴拉錢德蘭 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司