本发明专利技术公开了一种电容检测电路及其电容式传感器接口电路芯片，涉及传感器装置领域，解决了电容检测电路结构复杂以及电容式传感器接口电路芯片体积大效率低的问题。该电容检测电路包括：电容读出前端电路，输入端与电容读出前端电路连接的解调放大电路，以及输入端与解调放大电路连接的缓冲放大电路。该电容式传感器接口电路芯片包括：自测电路、偏置电流产生电路、传感器零偏补偿电路、参考电压产生电路、时钟产生电路以及分别与上述电路相连的电容检测电路；所述自测电路、传感器零偏补偿电路还分别与片外电容式传感器相连；所述电容式传感器接口电路芯片采用集成电路工艺制作。本发明专利技术适用于开环或力平衡闭环加速度计和振动角速度陀螺仪。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器装置领域，特别涉及能够简化结构，更好地抑制低频噪声 的一种电容检测电路及其电容式传感器接口电路。
技术介绍
电容式微传感器， 一般体积小、结构简单，具有功耗低、灵敏度高且温度敏 感性低等优点，广泛应用于民用工业控制和军事等领域。在电容式微传感器系统 设计中，电容式微传感器接口电路在一定程度上决定了微传感器系统对检测量的 分辨率。现有的易于集成并广泛采用的电容读出电路结构主要是基于调制解调的连续时间电压检测技术，结构较为复杂，不易与传统的CMOS工艺兼容。并且现 有的电容式微传感器接口电路由分立元件制作，不但体积大，分辨率低，而且制 作重复性高、可靠性低、成本高，使微传感器的优势大打折扣。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种电容检测电路，能够简化结构，更好 地抑制低频噪声。为解决上述技术问题，采用如下技术方案 一种电容检测电路，包括 电容读出前端电路，输入端与电容读出前端电路连接的解调放大电路，以及输入端与解调放大电路连接的缓冲放大电路。所述电容读出前端电路包括前置放大器、输入电容、反馈电容、内部开关以 及参考电压；输入电容C,的一个电极与前置放大器的反相输入端连接，其另一个电极与前置放大器的输出端之间接有反馈电容C,，内部开关并联在运算放大器的反相输入端与输出端之间，前置放大器的同相输入端接参考电压^,。所述解调放大电路包括前向电容、反馈电容、积分电容、解调放大器以及参 考电压；前向电容C^与解调放大器的反相输入端相连，积分电容C^并联在解调放大器的反相输入端与输出端之间，反馈电容<^2在第一时钟相^时，两极分别 与参考电压相连，在第二时钟相^时，并联在积分电容<^23两端。所述缓冲放大电路包括输入电阻、反馈电容、反馈电阻、缓冲放大器以及参 考电压；输入电阻/ 31与缓冲放大器的反响输入端相连，反馈电容q,、反馈电阻及32分别并联在缓冲放大器的输入端与输出端之间，缓冲放大器的同相输入端接参考电压^,。所述的电容检测电路通过在线编程调整各级电路的放大倍数、电路带宽和增在本专利技术电容检测电路中，由于采用上述电路结构，从而使电路结构较现有技术简单，易与传统的CMOS工艺兼容，消除了直流失调，更适合寄生较大的非 单片系统。缓冲放大电路采用电阻闭环放大的电路结构形式，实现了直流预载可 调。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种电容式传感器接口电路芯片， 能够降低成本和功耗，提高精度，并能批量化生产。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种电容式传感器接口电路芯片由自测电路、偏置电流产生电路、传感器零 偏补偿电路、参考电压产生电路和时钟产生电路，分别与电容检测电路相连构成；所述自测电路和传感器零偏补偿电路还分别与片外电容式传感器相连；所述电容式传感器接口电路芯片采用集成电路工艺制作。其中，所述自测电路包括一个使能端，使该自测电路可以有两个工作模式使能端电平为高时，自测电路工作在自测模式，用来测试片载电容，完成芯 片本身功能的自我标定；使能端电平为低时，自测电路工作在正常模式，与片外电容式传感器相连， 测试片外电容式传感器的电容。所述的两个工作模式之间通过编程切换。所述传感器零偏补偿电路采用电容阵列。进一步讲，所述电容阵列是二进制 权重的，通过编程调整各个补偿电容的通断，实现电容阵列电容的可调功能。本专利技术电容式传感器接口电路芯片由于包含本专利技术的电容检测电路，从而可 以用一片集成电路芯片实现接口电路，大大减小了芯片体积和功耗，提高了电路 精度。附图说明图l为电容检测电路示意图2为电容读出前端电路原理图3为解调放大电路原理图4为解调放大电路，(a)工作在第一时钟相^(b)工作在第二时钟相A ;图5为缓冲放大电路原理图； 图6为两相不交迭时钟示意图7为芯片工作的时序图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术电容检测电路及用于电容检测的电容式传感器接口 电路芯片的具体实施方式进行详细描述。如图1所示，本专利技术电容检测电路包括电容读出前端电路，输入端与电容读出前端电路连接的解调放大电路，以及输入端与解调放大电路连接的缓冲放大电路。图1示出了电容检测电路工作在第一时钟相A和第二时钟相A的情况。其中前置放大器为电路的输入端，将来自传感器的微小电容变化进行低噪声放大，前 置放大器的输出信号输入到解调放大电路，以进一步抑制高频噪声，也即实现解 调、放大功能，实现直流输出。信号最后经输出缓冲放大器输出到片外。这里电容Cd与电容C,2是片外电容式传感器的等效电容，形成差动电容对。符号说明^为外加预载电压，用于实现闭环系统。r。， f^,。。，为外接 调制直流电压，用于方波调制。^,为电路内部产生的参考电压，为电路工作提 供基准。A ， A，为两相不交迭时钟，为电路工作提供时序。C,, ， C,;为传感器等效电容。c,, C,为第一级电路的输入电容和反馈电容。C21， C22, Q为第二级电路的前向电容、反馈电容和积分电容。i 3I， C31，及32为第三级电路的 输入电阻，反馈电容和反馈电阻。以下相同，不再赘述。图2是电容检测电路的电容读出前端电路部分，包括前置放大器、输入电容、 反馈电容、内部开关以及参考电压；输入电容C,的一个电极与前置放大器的反相输入端连接，其另一个电极与前置放大器的输出端之间接有反馈电容C,，内部开关并联在运算放大器的反相输入端与输出端之间，前置放大器的同相输入端 接参考电压F^。由内部开关将外接调制直流电压F^、 ^。和F。调制成两路幅度相等、相位相反的高频激励方波，然后施加在电容传感器的两极，把差分电容转 换成电压，并调制成高频信号。本实施例的前置放大器采用带摆率增强的两级折 叠式cascode结构的运算放大器。另外，高频方波的优选方式是1MHZ的高频激 励方波。虚线框中所示的为片外的电容式传感器、电阻以及电容。电容读出前端 电路的输出电压与片外电容式传感器的等效电容C^与&,的电容差值成正比，与反馈电容成反比。<formula>formula see original document page 8</formula>本专利技术中的电容读出前端电路主要是将差动电容变化转化为电压，通过在线 编程控制反馈电容的大小，实现本级电路放大倍数可调功能。图3、图4示出了电容检测电路的解调放大电路部分，包括前向电容、反馈 电容、积分电容、解调放大器以及参考电压。前向电容021与解调放大器的反相输入端相连，积分电容(^23并联在解调放大器的反相输入端与输出端之间。反馈电容Cu在^相时，两极分别与参考电压相连，在^相时，并联在积分电容C^两端。反馈电容在两相不交迭时钟控制下工作，^相时，本身进行电荷清零；^相时，进行反馈放大。解调放大电路主要是进行解调，釆用开关电容结构，把有效 信号从高频解调成直流信号，并对信号进一步放大。同时，该电路模块还具有低 通滤波功能，实现本级电路的放大倍数、电路带宽均可在线编程可调。本实施例 的解调放大器采用带增益增强的单级折叠式cascode结构的运算放大器。如图3 可知，本级电路的输出为<formula>formula see original document page 8</form本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电容检测电路，其特征在于包括：电容读出前端电路，输入端与电容读出前端电路连接的解调放大电路，以及输入端与解调放大电路连接的缓冲放大电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董景新，张刚，刘民杰，刘云峰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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