本發(fā)明涉及加速度計研究領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于數(shù)字加速度計基礎(chǔ)電容補償電路。

背景技術(shù)：

當(dāng)前加速度計廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)自動化、航空航天及其它眾多領(lǐng)域。相比于壓阻式加速度計，電容式加速度計以其低溫度靈敏性而大受歡迎。另外，和模擬加速度計相比，數(shù)字加速度計具有無需額外的adc就可以直接進行誤差矯正和補償?shù)膬?yōu)勢成為主流選擇。

目前市場上加速度計基礎(chǔ)電容補償電路的設(shè)計主要是采用電容補償陣列抵消的方式，如圖3所示。但由于生產(chǎn)工藝的原因，基礎(chǔ)電容很難生產(chǎn)的和補償電容整列的設(shè)置一致。而本發(fā)明提出的輸入共模反饋的方法，相比于傳統(tǒng)的檢測方式，能夠允許敏感結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)電容和電容補償陣列一定程度的失調(diào)，容錯性更好。

綜上所述，本申請發(fā)明人在實現(xiàn)本申請發(fā)明技術(shù)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問題：

在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的加速度計基礎(chǔ)電容補償電路設(shè)計不合理，mems加工工藝存在大的偏差的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于數(shù)字加速度計基礎(chǔ)電容補償電路，解決了現(xiàn)有的加速度計基礎(chǔ)電容補償電路設(shè)計不合理，mems加工工藝存在大的偏差的問題，實現(xiàn)了相比于傳統(tǒng)的檢測方式，能夠允許敏感結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)電容和電容補償陣列一定程度的失調(diào)，容錯性更好的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N用于數(shù)字加速度計基礎(chǔ)電容補償電路，所述電路包括：

加速度計敏感結(jié)構(gòu)、開關(guān)電容積分器、基礎(chǔ)電容補償陣列、載波信號發(fā)生電路、輸出共模檢測、數(shù)模轉(zhuǎn)換器d/a1和d/a2、加法器add1和add2；其中，補償加速度計基礎(chǔ)電容的模塊①，包含基礎(chǔ)電容補償陣列模塊和載波信號發(fā)生電路模塊；加速度計電容作為開關(guān)電容積分器的采樣電容的模塊②，包含加速度計敏感結(jié)構(gòu)模塊、開關(guān)電容積分器模塊和載波信號發(fā)生電路模塊；檢測開關(guān)電容積分器的輸出并反饋到開關(guān)電容積分器輸入的模塊③，包含輸出共模檢測模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器d/a1和d/a2模塊和加法器add1和add2模塊。

進一步的，加速度計敏感結(jié)構(gòu)用于將外界加速度信號轉(zhuǎn)換為電容的變化量；開關(guān)電容積分器用于對輸入的差值信號積分；載波信號發(fā)生電路用于產(chǎn)生方波信號對加速度計敏感結(jié)構(gòu)電容進行充放電；基礎(chǔ)電容補償陣列用于補償加速度計敏感結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)電容；輸出共模檢測用于檢測開關(guān)電容積分器的輸出共模量；d/a1和d/a2用于將開關(guān)電容積分器的輸出共模量反饋到開關(guān)電容積分器的輸入；add1和add2用于加法器完成電荷的加減運算并將求和得到的結(jié)果送入開關(guān)電容積分器。

進一步的，其中，所述補償電路具體包括：模塊①、模塊②、模塊③；模塊①包括：運放amp1，開關(guān)s1、…、s6，參考電壓vref輸入端、加速度計敏感結(jié)構(gòu)電容cs1、cs2，積分器電容cf1、cf2；模塊②包括：補償電容陣列cc1、cc2，開關(guān)s7、s8；模塊③包括：運放amp2，開關(guān)s9、…、s18，反饋電容cfb1、cfb2和電荷加法器電容c1、c2、c3。

進一步的，運放amp1與開關(guān)s1、…、s6和電容cs1、cs2、cf2、cf1構(gòu)成開關(guān)電容積分器；開關(guān)s7、s8與電容cc1、cc2構(gòu)成基礎(chǔ)電容補償電路；運放amp2與開關(guān)s9、…、s18和電容c1、c2、c3、cfb1、cfb2構(gòu)成輸入共模補償電路。

進一步的，加速度計敏感結(jié)構(gòu)模塊的檢測端口vst連接到加法器add1的輸入正端口，vsb連接到加法器add2輸入負端口；載波信號發(fā)生電路連接加速度計敏感結(jié)構(gòu)的vctr端；基礎(chǔ)電容補償陣列連接在加速度計敏感結(jié)構(gòu)的檢測端vst與vsb之間；輸出共模檢測的輸入連接開關(guān)電容積分器的正負輸出端；輸出共模檢測的輸出連接一位d/a1和d/a2，d/a1的輸出連接加法器add1的輸入負端口，d/a2的輸出連接加法器add2的輸入負端口；加法器add1的輸出連接開關(guān)電容積分器的正輸入端口，加法器add2的輸出連接開關(guān)電容積分器的負輸入端口。

進一步的，開關(guān)s1一端連接參考電壓vref端，另一端連接到節(jié)點c；開關(guān)s2一端鏈接到節(jié)點c，一端連接到電路的共模地或者地；電容cs1連接在節(jié)點c與節(jié)點a之間，電容cs2連接在節(jié)點c與節(jié)點b之間，開關(guān)s4連接在節(jié)點a與共模地之間，開關(guān)s3連接在節(jié)點b與共模地之間；開關(guān)s5連接在節(jié)點a與運放amp1的負輸入端之間，開關(guān)s6連接在節(jié)點b與運放amp1正輸入端之間；積分電容cf1連接在運放amp1的正輸入端與負輸出端之間，cf2連接在運放amp1的負輸入端與正輸出端之間。

進一步的，開關(guān)s7連接在參考電壓vref端與節(jié)點n1之間；開關(guān)s8連接在節(jié)點n1與共模地或者地之間；電容補償陣列cc1連接在節(jié)點n1與節(jié)點a之間，cc2連接在節(jié)點n1與節(jié)點b之間。

進一步的，開關(guān)s11連接在節(jié)點n4與共模地之間，電容c1連接在節(jié)點n4與節(jié)點n2之間，電容c2連接在節(jié)點n4與節(jié)點n3之間，開關(guān)s12連接著節(jié)點n4和運放amp2的負輸入端；開關(guān)s15連接運放amp4的負輸入端與節(jié)點n5之間，開關(guān)s16連接在節(jié)點n5與運放amp2的正輸入端之間；電容c3連接在節(jié)點n5與運放n6的輸出端；開關(guān)s17連接節(jié)點n3與節(jié)點n6之間，開關(guān)s18連接在節(jié)點n2與節(jié)點n6之間；開關(guān)s13連接節(jié)點n2與節(jié)點e之間，開關(guān)s14連接在節(jié)點n3與節(jié)點f之間；開關(guān)s9連接在節(jié)點n6與節(jié)點n7之間，開關(guān)s10連接在節(jié)點n7與共模地之間；電容cfb1連接在節(jié)點n7與a之間，電容cfb2連接在節(jié)點n7與節(jié)點b之間。

本申請中技術(shù)方案的特點為：加速度計敏感結(jié)構(gòu)電容直接作為開關(guān)電容積分器的采樣電容，構(gòu)成第一級開關(guān)電容積分器；開關(guān)電容器的輸出電壓由電荷加法器進行檢測，得到其輸出共模電壓并反饋到積分器的輸入；在開關(guān)電容器的前端由電容陣列對加速度計基礎(chǔ)電容進行補償。

本申請?zhí)峁┑囊粋€或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：

本申請的集成加速度計基礎(chǔ)電容補償電路，通過兩部分電路來完成補償工作，首先是連接的加速度計兩端的補償電容陣列和采樣第一級積分器的輸出作為反饋輸入的輸入共模反饋單元；因為在實際的生產(chǎn)中，加速度計的基礎(chǔ)電容可能在一定的范圍內(nèi)變化，如果只是單單的通過補償電容陣列來完成補償?shù)脑挘赡軙嬖谄?，而且實際中這個偏差也并不是很大，但是如果在積分器上不斷地累計就會影響最終地結(jié)果；本發(fā)明地輸入共模負反饋模塊可以很好額的動態(tài)調(diào)整反饋電壓的大小，保證輸入共模電壓的的穩(wěn)定，補償效果更好。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定；

圖1是加速度計基礎(chǔ)電容補償電路框圖；

圖2是本發(fā)明加速度基礎(chǔ)電容補償電路連接圖；

圖3是傳統(tǒng)加速度計基礎(chǔ)電容補償電路；

圖4是non-overlappingclock要求的時序圖；

圖5是本文發(fā)明電路的應(yīng)用示例示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種用于數(shù)字加速度計基礎(chǔ)電容補償電路，解決了現(xiàn)有的加速度計基礎(chǔ)電容補償電路設(shè)計不合理，mems加工工藝存在大的偏差的問題，實現(xiàn)了相比于傳統(tǒng)的檢測方式，能夠允許敏感結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)電容和電容補償陣列一定程度的失調(diào)，容錯性更好的技術(shù)效果。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在相互不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內(nèi)的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。

本發(fā)明的加速度計基礎(chǔ)電容輸入共模補償電路的系統(tǒng)框圖如圖1。圖中電路的模塊有加速度計的敏感結(jié)構(gòu)【加速度計敏感結(jié)構(gòu)】、加速度計電容作為采樣電容的開關(guān)電容積分器【開關(guān)電容積分器】、補償加速度計電容中的基礎(chǔ)電容的【基礎(chǔ)電容補償陣列】、將參考電壓轉(zhuǎn)化為方波信號的【載波信號發(fā)生電路】、檢測開關(guān)電容積分器輸出共模電壓的【輸出共模檢測】、數(shù)模轉(zhuǎn)換器【d/a1】和【d/a2】、加法器【add1】和【add2】。其各個模塊的電路設(shè)計如圖2，可分為三個模塊：用于補償加速度計的基礎(chǔ)電容的模塊①；加速度計電容作為開關(guān)電容積分器的采樣電容的模塊②；檢測開關(guān)電容積分器的輸出并反饋到開關(guān)電容積分器輸入的模塊③。其中包含有運放【amp1】【amp2】，開關(guān)【s1】…【s18】，參考電壓【vref】，加速度計敏感結(jié)構(gòu)電容【cs1】【cs2】，積分器電容【cf1】【cf2】，補償電容陣列【cc1】【cc2】，以及反饋電容【cfb1】【cfb2】和電荷加法器的電容【c1】【c2】【c3】。

【加速度計敏感結(jié)構(gòu)】用于將外界加速度信號轉(zhuǎn)換為電容的變化量，【開關(guān)電容積分器】用于對輸入的差值信號積分，【載波信號發(fā)生電路】用于產(chǎn)生方波信號對加速度計敏感結(jié)構(gòu)電容進行充放電，【基礎(chǔ)電容補償陣列】用于補償加速度計敏感結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)電容，【輸出共模檢測】用于檢測開關(guān)電容積分器的輸出共模量，【d/a1】和【d/a2】用于將開關(guān)電容積分器的輸出共模量反饋到開關(guān)電容積分器的輸入，【add1】和【add2】用于加法器完成電荷的加減運算并將求和得到的結(jié)果送入開關(guān)電容積分器。

運放【amp1】與開關(guān)【s1】…【s6】，電容【cs1】【cs2】【cf2】【cf1】構(gòu)成開關(guān)電容積分器；開關(guān)【s7】【s8】與電容【cc1】【cc2】構(gòu)成基礎(chǔ)電容補償電路；運放【amp2】與開關(guān)【s9】…【s18】，電容【c1】【c2】【c3】【cfb1】【cfb2】構(gòu)成輸入共模補償電路。

【加速度計敏感結(jié)構(gòu)】模塊的檢測端口【vst】鏈接到加法器【add1】的輸入正端口，【vsb】連接到加法器【add2】輸入負端口。【載波信號發(fā)生電路】接【加速度計敏感結(jié)構(gòu)】的【vctr】端，【基礎(chǔ)電容補償陣列】連接在【加速度計敏感結(jié)構(gòu)】的檢測端【vst】與【vsb】?！据敵龉材z測】的輸入連接開關(guān)電容積分器的正負輸出端。【輸出共模檢測】模塊輸出連接一位【d/a1】和【d/a2】，【d/a1】的輸出連接加法器【add1】的輸入負端口，【d/a2】的輸出連接加法器【add2】的輸入負端口。加法器【add1】的輸出連接開關(guān)電容積分器的正輸入端口，加法器【add2】的輸出連接開關(guān)電容積分器的負輸入端口。

在電路連接圖中，電路模塊①中，開關(guān)【s1】一端連接參考電壓【vref】,另一端連接到節(jié)點【c】。開關(guān)【s2】一端鏈接到節(jié)點【c】，一端連接到電路的共模地或者地。電容【cs1】連接在節(jié)點【c】與節(jié)點【a】之間，電容【cs2】連接在節(jié)點【c】與節(jié)點【b】之間，開關(guān)【s4】連接在節(jié)點【a】與共模地之間，開關(guān)【s3】連接在節(jié)點【b】與共模地之間。開關(guān)【s5】連接在節(jié)點【a】與運放【amp1】的負輸入端之間，開關(guān)【s6】連接在節(jié)點【b】與運放【amp1】正輸入端之間。積分電容【cf1】連接在運放【amp1】的正輸入端與負輸出端之間，【cf2】連接在運放【amp1】的負輸入端與正輸出端之間。

電路模塊②中，開關(guān)【s7】連接在參考電壓【vref】與節(jié)點【n1】之間。開關(guān)【s8】連接在節(jié)點【n1】與共模地或者地之間。電容補償陣列【cc1】連接在節(jié)點【n1】與節(jié)點【a】之間，【cc2】連接在節(jié)點【n1】與節(jié)點【b】之間。

電路模塊③中，開關(guān)【s11】連接在節(jié)點【n4】與共模地之間，電容【c1】連接在節(jié)點【n4】與節(jié)點【n2】之間，電容【c2】連接在節(jié)點【n4】與節(jié)點【n3】之間，開關(guān)【s12】連接著節(jié)點【n4】和運放【amp2】的負輸入端。開關(guān)【s15】連接運放【amp4】的負輸入端與節(jié)點【n5】之間，開關(guān)【s16】連接在節(jié)點【n5】與運放【amp2】的正輸入端之間。電容【c3】連接在節(jié)點【n5】與運放【n6】的輸出端。開關(guān)【s17】連接節(jié)點【n3】與節(jié)點【n6】之間，開關(guān)【s18】連接在節(jié)點【n2】與節(jié)點【n6】之間。開關(guān)【s13】連接節(jié)點【n2】與節(jié)點【e】之間，開關(guān)【s14】連接在節(jié)點【n3】與節(jié)點【f】之間。開關(guān)【s9】連接在節(jié)點【n6】與節(jié)點【n7】之間，開關(guān)【s10】連接在節(jié)點【n7】與共模地之間。電容【cfb1】連接在節(jié)點【n7】與【a】之間，電容【cfb2】連接在節(jié)點【n7】與節(jié)點【b】之間。

圖5為采用本發(fā)明的一個應(yīng)用實例，該系統(tǒng)是三階電荷sigmadelta加速計電容檢測電路。在該電路中本發(fā)明中由加速度計敏感結(jié)構(gòu)作為采樣電容的開關(guān)電容積分器作為sigmadelta調(diào)制器的第一級積分器。第二、三級積分器為傳統(tǒng)型的開關(guān)電容積分器，整個電路采用前向求和形式的sigmadelta調(diào)制器電路形式,如模塊①。在第一級積分器前端是由電容陣列構(gòu)成的基礎(chǔ)電容補償電路模塊②，模塊③是調(diào)制器的輸出到第一級積分器的反饋電路，控制第一級積分器的反饋系數(shù)，④是本發(fā)明的輸入共模反饋電路模塊。該系統(tǒng)采用的時鐘控制時序如圖4所示。該電路可以實現(xiàn)低功耗加速度計電容檢測功能。

上述本申請實施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點：

本申請的集成加速度計基礎(chǔ)電容補償電路，通過兩部分電路來完成補償工作，首先是連接的加速度計兩端的補償電容陣列和采樣第一級積分器的輸出作為反饋輸入的輸入共模反饋單元；因為在實際的生產(chǎn)中，加速度計的基礎(chǔ)電容可能在一定的范圍內(nèi)變化，如果只是單單的通過補償電容陣列來完成補償?shù)脑?，可能會存在偏差，而且實際中這個偏差也并不是很大，但是如果在積分器上不斷地累計就會影響最終地結(jié)果；本發(fā)明地輸入共模負反饋模塊可以很好額的動態(tài)調(diào)整反饋電壓的大小，保證輸入共模電壓的的穩(wěn)定，補償效果更好。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。