MEMS电容式加速度计信号读出电路制造技术

本发明专利技术提供一种MEMS电容式加速度计信号读出电路，包括：差分调制单元，所述差分调制单元与MEMS电容式加速度计表头连接，用于将所述MEMS电容式加速度计表头检测到的低频加速度信号转化为高频电压信号，其中所述低频加速度信号由表头的电容变化量来体现；解调单元，用于将所述差分调制单元输出的高频电压信号解调为低频电压信号；滤波单元，用于滤除所述解调单元输出的低频电压信号中的低频噪声；放大电路单元，用于对所述滤波单元的输出信号进行放大。本发明专利技术的信号读出电路工作稳定，达到了降低噪声和提升检测性能的效果。

【技术实现步骤摘要】
MEMS电容式加速度计信号读出电路
本专利技术涉及MEMS微惯性仪表
，尤其涉及一种MEMS电容式加速度计信号读出电路。
技术介绍
MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)即微机电系统，其含义是采用微细加工技术将微传感器、控制器、制动器和电路集成一体的系统。MEMS加速度计是使用MEMS技术制造的一种加速度计。采用静电力驱动、差分电容变化检测位移(或转角)的MEMS电容式加速度计具有结构简单、分辨率高、温漂低、动态响应快等优点。差分电容微加速度计的电容变化量非常微小，一般都在10-15F左右，并且受寄生电容和各种噪声的影响严重，使得输出信号非常微弱，因此为实现微加速度计的高精度检测，需要设计一种性能较好的信号读出电路。
技术实现思路
本专利技术提供一种MEMS电容式加速度计信号读出电路，工作稳定，达到了降低噪声和提升检测性能的效果。本专利技术提供一种MEMS电容式加速度计信号读出电路，包括：差分调制单元，所述差分调制单元与MEMS电容式加速度计表头连接，用于将所述MEMS电容式加速度计表头检测到的低频加速度信号转化为高频电压信号，其中所述低频加速度信号由表头的电容变化量来体现；解调单元，所述解调单元与所述差分调制单元连接，用于将所述差分调制单元输出的高频电压信号解调为低频电压信号；滤波单元，所述滤波单元与所述解调单元连接，用于滤除所述解调单元输出的低频电压信号中的低频噪声；放大电路单元，所述放大电路单元与所述滤波单元连接，用于对所述滤波单元的输出信号进行放大。可选地，所述滤波单元采用六阶带通滤波电路。可选地，所述六阶带通滤波电路由三级二阶带通滤波电路串联构成。可选地，所述六阶带通滤波电路的中心频率为12.5kHz，增益为0dB。可选地，所述放大电路单元采用比例放大器。可选地，所述差分调制单元采用单路载波-双路反馈的调制方式，将所述低频加速度信号调制到高频载波中。可选地，所述差分调制单元使用的高频载波的频率为80kHz。可选地，所述解调单元包括解调芯片TS5A23159。本专利技术提供的MEMS电容式加速度计信号读出电路，包括将MEMS电容式加速度计表头检测到的低频加速度信号转化为高频电压信号的差分调制单元、将所述差分调制单元输出的高频电压信号解调为低频电压信号的解调单元、滤除所述解调单元输出的低频电压信号中的低频噪声的滤波单元以及对所述滤波单元的输出信号进行放大的放大电路单元，滤波单元和放大电路单元相互独立，放大电路的增益不会受滤波单元的中心频率影响，通过调整放大电路的增益，使其满足后续信号处理电路的指标要求。附图说明图1为本专利技术一实施例的MEMS电容式加速度计信号读出电路的结构框图；图2为加速度计表头的简化示意图；图3为本专利技术一实施例采用的差分调制单元的电路结构示意图；图4为本专利技术一实施例采用的滤波单元的电路结构示意图；图5为本专利技术一实施例采用的放大电路单元的电路结构示意图；图6为六阶带通滤波电路交流特性仿真图；图7为ΔC为2/3pF时的瞬态仿真图；图8为ΔC为5/6pF时的瞬态仿真图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一实施例提供一种MEMS电容式加速度计信号读出电路，如图1所示，包括：差分调制单元101，所述差分调制单元101与MEMS电容式加速度计表头100连接，用于将所述MEMS电容式加速度计表头100检测到的低频加速度信号转化为高频电压信号，其中所述低频加速度信号由表头的电容变化量来体现；解调单元102，所述解调单元102与所述差分调制单元101连接，用于将所述差分调制单元101输出的高频电压信号解调为低频电压信号；滤波单元103，所述滤波单元103与所述解调单元102连接，用于滤除所述解调单元102输出的低频电压信号中的低频噪声；放大电路单元104，所述放大电路单元104与所述滤波单元103连接，用于对所述滤波单元103的输出信号进行放大。本专利技术实施例提供的MEMS电容式加速度计信号读出电路，工作稳定，检测精度高，达到了降低噪声和提升检测性能的效果。而且单独的放大电路单元可根据后续信号处理电路的要求而自由设置增益值，不受滤波单元中心频率改变的影响。可选地，由于加速度计表头100与地之间存在寄生电容，外围读出电路中也存在很大的寄生电容，为了抑制此类寄生电容的影响，差分调制单元101采用单路载波-双路反馈的调制方式，将低频加速度信号调制到高频载波中，即将载波信号加载到表头的动极板，反馈信号加载到表头的固定极板。图2为加速度计表头的简化图，包括上固定极板、下固定极板和可动极板，形成上下两个差分电容，假设基础电容值为C0，在无加速度输入时，两边固定极板与可动极板之间的电容大小都是C0；当有加速度输入时，电容差分变化值为△C；以C0+△C和C0-△C表示两个电容。图3为本专利技术一实施例采用的差分调制单元101的具体电路结构示意图，采用单载波T型差分调制电路，其中，Vz是高频调制载波，频率为80kHz，调制载波采用正弦波，幅值5V；S1、S2为完全一致的运算放大器，接到加速度计表头动极板的载波信号Vz将敏感检测电容信号调制到高频，实现检测信号和驱动耦合信号频域分离，采用双通道运放输出带载波的双边带调幅电压信号V1和V2；Cf1、Cf2、Cf3、Cf4为反馈电容，Rf1、Rf2、Rf3、Rf4为反馈电阻，Cx1、Cx2为接地电阻。根据基尔霍夫电流方程及运放“虚短”、“虚断”原理，可得：故可得到输出电压V1、V2：令Cf＝Cf1＝Cf2＝Cf3＝Cf4，Rf＝Rf1＝Rf2＝Rf3＝Rf4，Cx＝Cx1＝Cx2，则单载波差分调制后的输出电压：上式中，参数可以设置为：Cf＝Cf1＝Cf2＝Cf3＝Cf4＝100pF，Cx＝Cx1＝Cx2＝1nF，Rf＝Rf1＝Rf2＝Rf3＝Rf4＝100Ω。进一步地，解调单元102包括解调芯片TS5A23159，将信号从高频段解调至低频段，输入是带载波的双边带调幅电压信号V1、V2，输出是解调后的电压信号VJ。经解调单元102解调后的输出电压为：进一步地，完成解调后进入滤波单元103，图4为本专利技术一实施例的滤波单元103的电路结构示意图，滤波单元103采用六阶带通滤波电路，把输入的信号进行提取，不仅可滤除低频噪声，且抑制高频信号的进入，滤波单元103由三级二阶带通滤波电路串联构成。通过电路仿真验证，六本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS电容式加速度计信号读出电路，其特征在于，包括：/n差分调制单元，所述差分调制单元与MEMS电容式加速度计表头连接，用于将所述MEMS电容式加速度计表头检测到的低频加速度信号转化为高频电压信号，其中所述低频加速度信号由表头的电容变化量来体现；/n解调单元，所述解调单元与所述差分调制单元连接，用于将所述差分调制单元输出的高频电压信号解调为低频电压信号；/n滤波单元，所述滤波单元与所述解调单元连接，用于滤除所述解调单元输出的低频电压信号中的低频噪声；/n放大电路单元，所述放大电路单元与所述滤波单元连接，用于对所述滤波单元的输出信号进行放大。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS电容式加速度计信号读出电路，其特征在于，包括：
差分调制单元，所述差分调制单元与MEMS电容式加速度计表头连接，用于将所述MEMS电容式加速度计表头检测到的低频加速度信号转化为高频电压信号，其中所述低频加速度信号由表头的电容变化量来体现；
解调单元，所述解调单元与所述差分调制单元连接，用于将所述差分调制单元输出的高频电压信号解调为低频电压信号；
滤波单元，所述滤波单元与所述解调单元连接，用于滤除所述解调单元输出的低频电压信号中的低频噪声；
放大电路单元，所述放大电路单元与所述滤波单元连接，用于对所述滤波单元的输出信号进行放大。


2.根据权利要求1所述的MEMS电容式加速度计信号读出电路，其特征在于，所述滤波单元采用六阶带通滤波电路。


3.根据权利要求2所述的MEMS电容式加速度计信号读出电路，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：段王楠，张兴成，孟真，刘谋，田易，钟燕清，李继秀，阎跃鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11