抵消由传感器电路贡献的乱真力的用于换能器前端的使用单一放大器的线性电容－电压转换器制造技术

公开了电容换能器系统，其减小起因于馈通电容或残留静电力的非线性。系统可以包括核心，具有耦合到第一可变电容器的第一输入，耦合到第二可变电容器的第二输入，和耦合到公共节点的核心输出；放大器，具有可切换地耦合到公共节点的输入和输出；反馈路径，将放大器输出可切换地耦合到公共节点；及主时钟，具有第一和第二相位，控制开关耦合系统组件。当时钟在第一相位中时，第一核心输入耦合到参考电压，第二核心输入耦合到负参考电压，公共节点耦合到放大器输出。当时钟在第二相位中时，核心输入接地，公共节点耦合到放大器输入。系统可以具有单一放大器。中和电容器可以抵消馈通和寄生电容。

For the linear capacitance to voltage converter using a single transducer amplifier front-end of sensor circuit with offset by spurious force

A capacitive transducer system is disclosed that reduces the nonlinearity due to feedthrough capacitance or residual electrostatic force. The system can include a core, has a first input coupled to the first variable capacitor, coupled to the second variable capacitor and second input coupled to the output node of the core public; amplifier, which can be switched coupled to a common node of the input and output; feedback path, the amplifier output is switchably coupled to a common node; and the master clock, with the first and second phase control switch coupling system components. When the clock is in the first phase, the first core input is coupled to the reference voltage, and the second core input is coupled to the negative reference voltage, and the common node is coupled to the amplifier output. When the clock is in the second phase, the core input is grounded and the common node is coupled to the amplifier input. The system can have a single amplifier. The neutralizing capacitor can counteract the feedthrough and parasitic capacitances.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利涉及电容换能器，更具体地，涉及用于使用较少电路减小或消除起因于电容换能器中的乱真电容（spuriouscapacitance）和残留静电力的非线性的技术。
技术介绍
换能器将一般物理量（例如，加速度、压力等）转换为可以由电子电路处理的量。具体地，响应于测量的输入信号的量值，电容换能器产生电容的变化。用于电容换能器的读出电路将由换能器产生电容变化变换为电信号。在该过程中，电路向换能器电极施加电压波形。电容加速度计是用于测量加速度的电容换能器，包括机械感测元件和读出电路。图1示出了电容加速度计的机械感测元件100的示例性实施例。在这个实施例中，机械感测元件100包括悬挂在第一弹簧104与第二弹簧106之间的检测质量块102、第一电极110和第二电极112。质量块102的近端耦合到第一弹簧104，质量块102的远端耦合到第二弹簧106。第一弹簧104具有两端，第一端耦合到质量块102的近端，第二端耦合到基底。第二弹簧106具有两端；第一端耦合到质量块102的远端，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感测物理量的电容换能器系统，所述电容换能器系统包括：电容核心，基于所述物理量产生核心输出，所述电容核心包括第一可变电容器、第二可变电容器、耦合到所述第一可变电容器的第一核心输入、耦合到所述第二可变电容器的第二核心输入、以及耦合到所述第一可变电容器与所述第二可变电容器之间的公共节点的核心输出；放大器，具有输入和输出，放大器输入可切换地耦合到所述公共节点，用于接收所述核心输出，放大器输出提供换能器输出；反馈路径，将所述换能器输出可切换地耦合到所述电容核心的所述公共节点；主时钟，具有第一相位和第二相位，所述主时钟控制所述电容换能器系统的开关耦合组件的断开和闭合；其中，当所述主时钟在第一相位中时，...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.01 US 13/224,1441.一种感测物理量的电容换能器系统，所述电容换能器系统包括：
电容核心，基于所述物理量产生核心输出，所述电容核心包括第一可
变电容器、第二可变电容器、耦合到所述第一可变电容器的第一核心输入、
耦合到所述第二可变电容器的第二核心输入、以及耦合到所述第一可变电
容器与所述第二可变电容器之间的公共节点的核心输出；
放大器，具有输入和输出，放大器输入可切换地耦合到所述公共节点，
用于接收所述核心输出，放大器输出提供换能器输出；
反馈路径，将所述换能器输出可切换地耦合到所述电容核心的所述公
共节点；
主时钟，具有第一相位和第二相位，所述主时钟控制所述电容换能器
系统的开关耦合组件的断开和闭合；
其中，当所述主时钟在第一相位中时，所述电容核心的所述第一输入
耦合到正参考电压，所述电容核心的所述第二输入耦合到负参考电压，所
述电容核心的所述公共节点耦合到所述换能器输出，所述负参考电压具有
与所述正参考电压基本相同的量值和相反的极性；并且
其中，当所述主时钟在第二相位中时，所述电容核心的所述第一输入
和所述第二输入耦合到地，并且所述电容核心的所述公共节点耦合到所述
放大器输入。
2.根据权利要求1所述的电容换能器系统，其中，所述放大器是所述
电容换能器系统中仅有的放大器。
3.根据权利要求1所述的电容换能器系统，进一步包括中和电容器，
所述中和电容器抵消所述电容换能器系统中的馈通电容和寄生电容。
4.根据权利要求3所述的电容换能器系统，其中，所述中和电容器被
校准，以偏移所述电容换能器系统中的馈通电容和寄生电容。
5.根据权利要求3所述的电容换能器系统，其中，所述中和电容器可
切换地耦合到所述放大器输入和所述换能器输出，以使得当所述主时钟在
所述第一相位中时，所述中和电容器被耦合到所述换能器输出，以及当所
述主时钟在所述第二相位中时，所述中和电容器耦合到所述电容核心的所
述公共节点，所述公共节点耦合到所述放大器输入。
6.根据权利要求5所述的电容换能器系统，其中，所述放大器是所述
电容换能器系统中仅有的放大器。
7.根据权利要求6所述的电容换能器系统，其中，所述电容核心包括
第一固定电容板、第二固定电容板、第一可移动电容板和第二可移动电容
板；其中，所述第一可移动电容板耦合到所述第二可移动电容板，以形成
所述公共节点；所述第一可变电容器由所述第一固定电容板和所述第一可
移动电容板形成；并且所述第二可变电容器由所述第二固定电容板和所述
第二可移动电容板形成。
8.一种感测物理量的差动电容换能器系统，所述差动电容换能器系统
包括：
第一电容核心，基于所述物理量产生第一核心输出，所述第一电容核
心包括第一可变电容器、第二可变电容器、耦合到所述第一可变电容器的
第一核心输入、耦合到所述第二可变电容器的第二核心输入以及耦合到所
述第一可变电容器与所述第二可变电容器之间的第一公共节点的第一核心
输出；
第二电容核心，基于所述物理量产生第二核心输出，所述第二电容核
心包括第三可变电容器、第四可变电容器、耦合到所述第三可变电容器的
第三核心输入、耦合到所述第四可变电容器的第四核心输入、以及耦合到
在所述第三可变电容器与所述第四可变电容器之间的第二公共节点的第二
核心输出；
差动放大器，具有一对差动输入和一对差动输出，差动输入可切换地
耦合到所述第一公共节点和所述第二公共节点，用于接收所述第一核心输

\t出和所述第二核心输出，所述差动输出提供所述换能器输出；
第一反馈路径，将所述换能器输出可切换地耦合到所述第一电容核心
的所述第一公共节点；
第二反馈路径，将所述换能器输出可切换地耦合到所述第二电容核心
的所述第二公共节点；
主时钟，具有第一相位和第二相位，所述主时钟控制所述电容换能器
系统的开关耦合组件的断开和闭合；
其中，当所述主时钟在所述第一相位中时，所述第一电容核心的所述
第一输入耦合到正参考电压，所述第一电容核心的所述第二输入耦合到负
参考电压，所述第一电容核心的所述第一公共节点耦合到所述换能器输出，
所述第二电容核心的所述第三输入耦合到正参考电压，所述第二电容核心
的所述第四输入耦合到负参考电压，所述第二电容核心的所述第二公共节
点耦合到反相的换能器输出，所述负参考电压具有与所述正参考电压基本
上相同的量值和相反的极性；并且
其中，当所述主时钟在所述第二相位中时，所述电容核心的所述第一
输入、所述第二输入、所述第三输入和所述第四输入耦合到共模电压，并
且所述第一电容核心和所述第二电容核心的公共节点耦合到所述差动放大
器的所述差动输入。
9.根据权利要求8所述的差动电容换能器系统，其中，所述差动放大
器的所述一对差动输入包括反相输入和非反相输入，所述差动放大器的所
述一对差动输出包括反相输出和非反相输出；所述反相输入可切换地耦合
到所述第一电容核心的所述第一公共节点，所述非反相输入可切换地耦合
到所述第二电容核心的所述第二公共节点，所述反相输出可切换地耦合到
所述第二电容核心的所述第二公共节点，并且所述非反相输出可切换地耦
合到所述第一电容核心的所述第一公共节点。
10.根据权利要求8所述的差动电容换能器系统，其中，所述差动放

【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