实现对于惯性传感器中的电磁干扰的鲁棒性的方案制造技术

公开了一种抗电磁干扰的电容传感器系统和方法。所述系统包括电容芯、具有反相输入端和非反相输入端的差分放大器、电容路径和斩波系统。所述芯可以包括耦合至可变电容器的输入端和输出端以及耦合可变电容器的公共节点。电容路径将芯输出端耦合至放大器输入端。在所述斩波系统处于高态时，向芯输入端施加一种极性的电压，将第一芯输出端耦合至所述反相输入端，将第二芯输出端耦合至所述非反相输入端。在所述斩波系统处于低态时，向所述芯输入端施加相反极性的电压，并倒换芯输出端到放大器输入端的耦合。电容路径可以包括接合线。可以按照将噪声从感兴趣的频带抹除的频率或者按照跨越宽频率范围基本上均匀地抹除噪声的频率使所述斩波系统在高态和低态之间变化。

A scheme for achieving robustness to electromagnetic interference in inertial sensors is presented

A capacitive sensor system and method for resisting electromagnetic interference are disclosed. The system includes a capacitor core, a differential amplifier with a inverting input and a non inverting input, a capacitor path, and a chopper system. The core may include an input and output coupled to the variable capacitor, and a common node coupled to the variable capacitor. The capacitor path couples the core output to the amplifier input. When the chopper system is in the high state, a polarity voltage is applied to the core input, and the first core output terminal is coupled to the inverting input terminal, and the second core output terminal is coupled to the non inverting input terminal. When the chopper system is in low state, the opposite polarity voltage is applied to the core input, and the coupling of the core output end to the amplifier input is switched. The capacitor path may include a bonding line. The chopping system may vary between the high and low states according to the frequency at which the noise is erased from the frequency of interest or the frequency of substantially erasing the noise substantially over a wide frequency range.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】实现对于惯性传感器中的电磁干扰的鲁棒性的方案
本专利涉及电容换能器，更具体而言涉及用于克服电容传感器中的电磁干扰的技术。
技术介绍
在惯性传感器中，电磁扰动或干扰（EMI）的出现主要是由于接合线和附近的电缆、极板、电路等之间的电容耦合。图1示出了EMI的示范性情况。在图1中，通过多条接合线106将微机电结构（MEMS）器件102耦合至专用集成电路（ASIC）104。接近接合线106的EMI源110在EMI源110和接合线106之间建立了电容耦合110。在图1中示出了电容器符号来说明电容耦合110，但是其只是简单地示出了电磁扰动源110和接合线106之间的寄生电容，但是并不存在实际的电部件。与受到电压源或放大器驱动的节点相比，耦合电容性节点的接合线对EMI最为敏感。在具有高密度电子器件的环境当中，可能存在各种EMI源，这些EMI源可能是显著的EMI源。所述电磁干扰也可能基本上出现在单个频率上，在采样时可能将其掺入到DC分量内。这些电磁干扰可能落到预期传感器信号上，并抹杀预期信号。例如，如果按照100kHz的时钟频率对预期信号进行采样，并且干扰处于100kHz处，那么在以所述时钟频率对所述干扰采样时，其可能表现为基本上为直流的信号。因而，重要的是要保护预期传感器信号不受EMI干扰，尤其是沿电容性路径。EMI问题对于恶劣环境中的安全非常关键的应用而言尤为重要，例如，用于汽车中的电子稳定性的传感器。两种常用的EMI解决方案是采用金属对传感器进行屏蔽以及采用差分方案。采用金属对传感器进行屏蔽包括建立法拉第笼，以阻挡可能引起EMI的外部电场。但是，屏蔽可能造成笨重，而且价格昂贵，尤其是在有大量的传感器需要屏蔽，或者在小的区域内安装了高密度的电子器件时。所述差分方案获取平行线路上的信号之间的差，其能够基本上减除作为共模信号的电磁干扰。图2示出了所述差分方案。所述示范性差分传感器和放大器系统200包括通过接合线260、262耦合至ASIC240的MEMS器件220。接合线260、262中的每一条经历来自外部源210的EMI。在EMI源210和第一接合线260之间存在电容耦合250，从而生成第一干扰电容C1，在EMI源210和第二接合线262之间存在电容耦合252，从而生成第二干扰电容C2。如果EMI源210与接合线260、262之间的干扰电容C1和C2是相同的，则由于ASIC240的差分放大器的共模抑制的原因将抑制所述电磁扰动。然而，为了实现预期的抵消，MEI源210与接合线260、262之间的干扰电容C和C2不应存在超过0.5%的失配。在实践中很难获得这样的匹配。即使最初实现了匹配，但是所述接合线也可能受到干扰或发生翘曲，例如，因车祸而导致的。接合线的这种移动可能导致接合线之间的不对称性，这可能导致干扰电容当中存在不希望出现的失配，从而降低所述差分方案的有效性。希望具有一种鲁棒的减少电磁干扰的技术，其还能够克服屏蔽和差分电路的一些缺陷。
技术实现思路
公开了一种抗电磁干扰的电容传感器系统，其包括电容芯、差分放大器、第一和第二电容路径以及斩波系统。所述电容芯包括第一可变电容器、第二可变电容器、耦合至所述第一可变电容器的第一芯输出端、耦合至所述第二可变电容器的第二芯输出端以及耦合所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的公共节点。所述差分放大器包括反相输入端和非反相输入端。所述第一电容路径将所述第一芯输出端耦合至所述差分放大器的输入端，所述第二电容路径将所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的输入端。所述斩波系统具有高态和低态，并且将所述第一芯输出端和第二芯输出端耦合至所述差分放大器的输入端。在所述斩波系统处于高态时，向所述电容芯的公共节点施加正阶跃电压（stepvoltage），并且所述斩波系统将所述第一芯输出端耦合至所述差分放大器的反相输入端，将所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的非反相输入端。在所述斩波系统处于低态时，向所述电容芯的公共节点施加负阶跃电压，并且所述斩波系统将所述第一芯输出端耦合至所述差分放大器的非反相输入端，将所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的反相输入端。所述电容芯可以是微机电器件。所述第一电容路径可以包括第一接合线，所述第二电容路径可以包括第二接合线。可以按照将噪声从感兴趣的频带抹除（smear）的频率或者按照跨越宽频率范围基本上均匀地抹除噪声的频率或者按照随机频率使所述斩波系统在高态和低态之间变化。公开了一种抗电磁干扰的电容传感器系统，其包括第一和第二电容芯、差分放大器、第一和第二电容路径和斩波系统。所述第一电容芯包括第一可变电容器、第二可变电容器、耦合至所述第一可变电容器的第一芯输入端、耦合至所述第二可变电容器的第二芯输入端以及耦合所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的第一公共节点。所述第二电容芯包括第三可变电容器、第四可变电容器、耦合至所述第三可变电容器的第三芯输入端、耦合至所述第四可变电容器的第四芯输入端、以及耦合所述第三可变电容器和所述第四可变电容器的第二公共节点。所述差分放大器包括反相输入端和非反相输入端。所述第一电容路径耦合所述第一公共节点和所述差分放大器的输入端，所述第二电容路径耦合所述第二公共节点和所述差分放大器的输入端。所述斩波系统具有高态和低态，并且将所述第一和第二公共节点耦合至所述差分放大器的输入端。在所述斩波系统处于高态时，向所述第一电容芯的第一输入端和所述第二电容芯的第四输入端施加正参考电压，向所述第一电容芯的第二输入端和所述第二电容芯的第三输入端施加负参考电压，并且所述斩波系统将所述第一公共节点耦合至所述差分放大器的反相输入端，将所述第二公共节点耦合至所述差分放大器的非反相输入端；所述负参考电压与所述正参考电压具有基本相同的幅值和相反的极性。在所述斩波系统处于低态时，向所述第一电容芯的第一输入端和所述第二电容芯的第四输入端施加负参考电压，向所述第一电容芯的第二输入端和所述第二电容芯的第三输入端施加正参考电压，所述斩波系统将所述第一公共节点耦合至所述差分放大器的非反相输入端，将所述第二公共节点耦合至所述差分放大器的反相输入端。所述第一和第二电容芯是微机电器件的一部分。所述第一电容路径可以包括第一接合线，所述第二电容路径可以包括第二接合线。可以按照将噪声从感兴趣的频带抹除的频率或者按照跨越宽频率范围基本上均匀地抹除噪声的频率或者按照随机频率使所述斩波系统在高态和低态之间变化。公开了一种使电容传感器系统抗电磁干扰的方法。所述方法包括将电容传感器的第一输出端以可切换的方式耦合至差分放大器的输入端，将所述电容传感器的第二输出端以可切换的方式耦合至所述差分放大器的输入端，使斩波系统在高态和低态之间倒换（flipping），以控制电磁干扰。在这种方法中，所述差分放大器包括反相输入端和非反相输入端，所述电容传感器的第二输出端不同于所述电容传感器的第一输出端。在所述斩波系统处于高态时，所述方法还包括向所述电容传感器的输入端施加第一极性的电压，将所述电容传感器的第一输出端耦合至所述差分放大器的反相输入端，以及将所述电容传感器的第二输出端耦合至所述差分放大器的非反相输入端。在所述斩波系统处于低态时，所述方法还包括向所述电容传感器的输入端施加第二极性的电压，所述第二极性的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗电磁干扰的电容传感器系统，所述电容传感器系统包括：电容芯，所述电容芯包括第一可变电容器、第二可变电容器、耦合至所述第一可变电容器的第一芯输出端、耦合至所述第二可变电容器的第二芯输出端、以及耦合所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的公共节点；差分放大器，所述差分放大器包括反相输入端和非反相输入端；第一电容路径，所述第一电容路径位于所述第一芯输出端和所述差分放大器的所述反相输入端或所述非反相输入端之间；第二电容路径，所述第二电容路径位于所述第二芯输出端和所述差分放大器的所述非反相输入端或所述反相输入端之间；具有高态和低态的斩波系统，所述斩波系统将所述第一芯输出端和所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的所述反相输入端或所述非反相输入端，其中，在所述斩波系统处于所述高态时，向所述电容芯的所述公共节点施加正阶跃电压，并且所述斩波系统将所述第一芯输出端耦合至所述差分放大器的所述反相输入端并将所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的所述非反相输入端；并且在所述斩波系统处于所述低态时，向所述电容芯的所述公共节点施加负阶跃电压，并且所述斩波系统将所述第一芯输出端耦合至所述差分放大器的所述非反相输入端并将所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的所述反相输入端。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.13 US 13/231,9441.一种抗电磁干扰的电容传感器系统，所述电容传感器系统包括：电容芯，所述电容芯包括第一可变电容器、第二可变电容器、耦合至所述第一可变电容器的第一芯输出端、耦合至所述第二可变电容器的第二芯输出端、以及耦合所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的公共节点；差分放大器，所述差分放大器包括反相输入端和非反相输入端；第一电容路径，所述第一电容路径位于所述第一芯输出端和所述差分放大器的所述反相输入端或所述非反相输入端之间；第二电容路径，所述第二电容路径位于所述第二芯输出端和所述差分放大器的所述非反相输入端或所述反相输入端之间；具有高态和低态的斩波系统，所述斩波系统将所述第一芯输出端和所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的所述反相输入端或所述非反相输入端，其中，在所述斩波系统处于所述高态时，向所述电容芯的所述公共节点施加正阶跃电压，并且所述斩波系统将所述第一芯输出端耦合至所述差分放大器的所述反相输入端并将所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的所述非反相输入端；并且在所述斩波系统处于所述低态时，向所述电容芯的所述公共节点施加负阶跃电压，并且所述斩波系统将所述第一芯输出端耦合至所述差分放大器的所述非反相输入端并将所述第二芯输出端耦合至所述差分放大器的所述反相输入端。2.根据权利要求1所述的电容传感器系统，其中，所述电容芯是微机电器件。3.根据权利要求2所述的电容传感器系统，其中，所述第一电容路径包括第一接合线并且所述第二电容路径包括第二接合线。4.根据权利要求1所述的电容传感器系统，其中，所述第一电容路径包括第一接合线并且所述第二电容路径包括第二接合线。5.根据权利要求1所述的电容传感器系统，其中，按照将噪声从感兴趣的频带抹除的频率使所述斩波系统在所述高态和所述低态之间变化。6.根据权利要求1所述的电容传感器系统，其中，按照跨越宽频率范围基本上均匀地抹除噪声的频率使所述斩波系统在所述高态和所述低态之间变化。7.根据权利要求6所述的电容传感器系统，其中，按照随机的频率使所述斩波系统在所述高态和所述低态之间变化。8.一种抗电磁干扰的电容传感器系统，所述电容传感器系统包括：第一电容芯，所述第一电容芯包括第一可变电容器、第二可变电容器、耦合至所述第一可变电容器的第一芯输入端、耦合至所述第二可变电容器的第二芯输入端、以及耦合所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的第一公共节点；第二电容芯，所述第二电容芯包括第三可变电容器、第四可变电容器、耦合至所述第三可变电容器的第三芯输入端、耦合至所述第四可变电容器的第四芯输入端、以及耦合所述第三可变电容器和所述第四可变电容器的第二公共节点；差分放大器，所述差分放大器包括反相输入端和非反相输入端；第一电容路径，所述第一电容路径位于所述第一公共节点和所述差分放大器的所述反相输入端或所述非反相输入端之间；第二电容路径，所述第二电容路径位于所述第二公共节点和所述差分放大器的所述非反相输入端或所述反相输入端之间；具有高态和低态的斩波系统，所述斩波系统将所述第一公共节点和所述第二公共节点耦合至所述差分放大器的所述反相输入端或所述非反相输入端，其中，在所述斩波系统处于所述高态时，向所述第一电容芯的所述第一输入端和所述第二电容芯的所述第四输入端施加正参考电压，向所述第一电容芯的所述第二输入端和所述第二电容芯的所述第三输入端施加负参考电压，并且所述斩波系统将所述第一公共节点耦合至所述差分放大器的所述反相输入端并将所述第二公共节点耦合至所述差分放大器的所述非反相输入端；所述负参考电压与所述正参考电压具有基本相同的幅值和相反的极性；并且在所述斩波系统处于所述低态时，向所述第一电容芯的所述第一输入端和所述第二电容芯的所述第四输入端施加负参考电压，向所述第一电容芯的所述第二输入端和所述第二电容芯的所述第三输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·巴拉钱德兰，V·佩特科夫，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE