一种热交换式加速度计及其加热控制方法技术

本发明专利技术公开了一种热交换式加速度计及其加热控制方法。所述加热控制方法包括：感应封闭空腔内的温度并产生温度电压信号；放大温度电压信号得到放大的温度电压信号；求取放大的温度电压信号和参考电压信号的差值得到电压差值信号；将所述电压差信号转成数字序列；将所述数字序列中的每N位组成一组进行求和，再乘以预定增益得到加热功率调整因子；基于所述加热功率调整因子和加热功率初始因子得到加热功率控制参数；将所述加热功率控制参数转换成控制开关控制信号；利用开关控制信号控制所述加热控制开关的导通或断开，进而控制加热电阻给所述封闭腔体加热。这样可以显著提高闭环控制回路的稳定速度，同时避免芯片面积和功耗的显著增加。

【技术实现步骤摘要】
一种热交换式加速度计及其加热控制方法
本专利技术涉及热交换式加速度计领域，尤其是涉及一种具有快速稳定闭环加热控制电路的热交换式加速度计以及其加热控制方法。
技术介绍
热交换式加速度计是基于对封闭腔体内的气体加热并探测不同位置的热电偶的温度实现的。为了获得稳定的灵敏度，封闭腔体内气体的温度必须被精确地控制。现有的方案是通过在加热控制电路的回路中使用积分器，令加热控制电路的回路的带宽小于加速度计带来的任何一个极点实现的。其缺点是温度稳定速度慢，导致在按需模式下加速度计开始测量前需要大量时间和功耗来稳定封闭腔体的温度，从而导致数据速率过低。因此，有必要提供一种新的改进方案来克服上述问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种热交换式加速度计及其加热控制方法，可以显著提高闭环加热控制电路的稳定速度，同时避免芯片面积和功耗的显著增加。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种热交换式加速度计，其包括具有一个封闭空腔的本体和对所述封闭空腔进行可控加热的加热控制电路，其中所述加热控制电路包括：给所述封闭空腔加热的加热电阻；控制所述加热电阻的通电和断电的加热控制开关；温控热电偶，被配置的感应所述封闭空腔内的温度并产生温度电压信号；与所述温控热电偶耦接的放大器，被配置的将所述温度电压信号进行放大得到放大的温度电压信号；调制器，被配置的将电压差信号转成数字序列，其中所述电压差信号为放大的温度电压信号和一个参考电压信号的差值；与所述调制器耦接的加热功率调整模块，被配置的根据数字序列得到加热功率调整因子，其中所述加热功率调整因子表征了所述电压差信号；与所述加热功率调整模块耦接的加热功率确定模块，被配置的基于所述加热功率调整因子和加热功率初始因子得到加热功率控制参数；与所述加热功率确定模块耦接的转换模块，被配置的将所述加热功率控制参数转换成控制所述加热控制开关的导通或断开的开关控制信号。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种热交换式加速度计的加热控制方法，所述热交换式加速度计包括具有一个封闭空腔的本体和对所述封闭空腔进行可控加热的加热控制电路，其包括：感应所述封闭空腔内的温度并产生温度电压信号；将所述温度电压信号进行放大得到放大的温度电压信号；求取放大的温度电压信号和一个参考电压信号的差值得到电压差值信号；利用调制器将所述电压差信号转成数字序列；基于所述数字序列得到加热功率调整因子；基于所述加热功率调整因子和加热功率初始因子得到加热功率控制参数；将所述加热功率控制参数转换成控制开关控制信号；利用所述开关控制信号控制加热控制开关的导通或断开，进而控制加热电阻给所述封闭腔体加热。相对于现有技术，本专利技术在闭环加热控制电路中只是用线性放大而不引入积分器的极点，因此更大的带宽得以实现，从而可以显著提高闭环加热控制电路的稳定速度，同时避免芯片面积和功耗的显著增加。关于本专利技术的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。【附图说明】结合参考附图及接下来的详细描述，本专利技术将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：图1为本专利技术中的热交换式加速度计的加热控制电路在一个实施例中的结构框示意图；图2为传统基于积分器的加热控制电路的环路增益；图3为本专利技术中的只用线性放大的加热控制电路的环路增益。【具体实施方式】为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本专利技术至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。本专利技术中的“多个”、“若干”表示两个或两个以上。本专利技术中的“和/或”表示“和”或者“或”。本专利技术提供一种具有快速稳定闭环加热控制电路的热交换式加速度计，可以显著提高闭环加热控制电路的稳定速度，同时避免芯片面积和功耗的显著增加。本专利技术中的热交换式加速度计包括具有一个封闭空腔的本体、对所述封闭空腔进行可控加热的加热控制电路和设置于所述封闭空腔的不同位置的多个检测热电偶，基于各个检测热电偶产生的温度电压信号得到加速度测量值。本文的侧重点在于加热控制电路100的改进，因此对于如何基于各个检测热电偶产生的温度电压信号得到加速度测量值并未详细介绍。图1为本专利技术中的热交换式加速度计的加热控制电路100在一个实施例中的结构框示意图。所述加热控制电路包括加热电阻Rh、加热控制开关S1、温控热电偶Rt、放大器110、压差模块120、调制器130、加热功率调整模块140、加热功率确定模块150和转换模块160。所述加热电阻Rh在通电时给所述封闭空腔(未图示)加热，所述加热电阻Rh在断电时停止给所述封闭空腔加热。所述加热控制开关S1控制所述加热电阻的通电和断电。在图1所示的实施例中，所述加热电阻Rh和所述加热控制开关S1依次串联于电源端VDD和接地端之间。在另一个可替换的实施例中，所述加热电阻Rh和所述加热控制开关S1的位置可以互换，即所述加热控制开关S1和所述加热电阻Rh依次串联于电源端VDD和接地端之间，另外还可以有其他接法，只要所述加热控制开关S1能够控制所述加热电阻Rh的通电或断电即可。具体的，如图1所示，所述加热控制开关S1的导通或断开由开关控制信号Sn控制，在所述开关控制信号Sn为第一逻辑电平时，比如高电平，所述加热控制开关S1导通，此时所述加热电阻Rh被控制的通电以发热，在所述开关控制信号Sn为第二逻辑电平时，比如低电平，所述加热控制开关S1断开，此时所述加热电阻Rh被控制的断电以停止发热。所述温控热电偶Rt被配置的感应所述封闭空腔内的温度并产生温度电压信号。所述放大器110与所述温控热电偶Rt耦接，其被配置的将所述温度电压信号进行放大得到放大的温度电压信号。所述压差模块120被配置在放大的温度电压信号上减去一个参考电压信号Vref得到电压差信号。所述调制器130被配置的将电压差信号转成数字序列a[1],a[2],a[i]，其中i为数字序列的第i位。所述数字序列中每一位数字的取值为第一整数数值和第二整数数值中的一个，其中第一整数数值和第二整数数值的和为0。举例来说，第一整数数值为1，第二整数数值为-1，两者的和为0。取决于应用的具体需要，所述压差模块120可以与所述放大器110实现在一起，也可以与所述调制器130实现在一起，还可以单独实现。具体的，所述调制器为经过Sigma-Delta调制器，该Sigma-Delta调制器在电压差信号为0时，其输出的数字序列中-1和1的数量相同，随着电压差信号为正或负，其输出的数字序列中-1或1的数量会增多，电压差信号的值越大，数字序列中1和-1的数量的差就越大。所述加热功率调整模块140与所述调制器130耦接，其被配置的对a[i]进行分组，每组包含N个连续的值，即a[N*(j-1)+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热交换式加速度计，其特征在于，其包括具有一个封闭空腔的本体和对所述封闭空腔进行可控加热的加热控制电路，其中所述加热控制电路包括：/n给所述封闭空腔加热的加热电阻；/n控制所述加热电阻的通电和断电的加热控制开关；/n温控热电偶，被配置的感应所述封闭空腔内的温度并产生温度电压信号；/n与所述温控热电偶耦接的放大器，被配置的将所述温度电压信号进行放大得到放大的温度电压信号；/n调制器，被配置的将电压差信号转成数字序列，其中所述电压差信号为放大的温度电压信号和一个参考电压信号的差值；/n与所述调制器耦接的加热功率调整模块，被配置的根据数字序列得到加热功率调整因子，其中所述加热功率调整因子表征所述电压差信号；/n与所述加热功率调整模块耦接的加热功率确定模块，被配置的基于所述加热功率调整因子和加热功率初始因子得到加热功率控制参数；/n与所述加热功率确定模块耦接的转换模块，被配置的将所述加热功率控制参数转换成控制所述加热控制开关的导通或断开的开关控制信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种热交换式加速度计，其特征在于，其包括具有一个封闭空腔的本体和对所述封闭空腔进行可控加热的加热控制电路，其中所述加热控制电路包括：
给所述封闭空腔加热的加热电阻；
控制所述加热电阻的通电和断电的加热控制开关；
温控热电偶，被配置的感应所述封闭空腔内的温度并产生温度电压信号；
与所述温控热电偶耦接的放大器，被配置的将所述温度电压信号进行放大得到放大的温度电压信号；
调制器，被配置的将电压差信号转成数字序列，其中所述电压差信号为放大的温度电压信号和一个参考电压信号的差值；
与所述调制器耦接的加热功率调整模块，被配置的根据数字序列得到加热功率调整因子，其中所述加热功率调整因子表征所述电压差信号；
与所述加热功率调整模块耦接的加热功率确定模块，被配置的基于所述加热功率调整因子和加热功率初始因子得到加热功率控制参数；
与所述加热功率确定模块耦接的转换模块，被配置的将所述加热功率控制参数转换成控制所述加热控制开关的导通或断开的开关控制信号。


2.根据权利要求1所述的热交换式加速度计，其特征在于，所述数字序列中每一位数字的取值为第一整数数值和第二整数数值中的一个，其中第一整数数值和第二整数数值的和为0，所述加热功率调整模块被配置的将所述数字序列中的每N位组成一组进行求和，再乘以预定增益得到加热功率调整因子，其中N为大于等于2的自然数，加热功率控制参数为所述加热功率调整因子和加热功率初始因子的和。


3.根据权利要求2所述的热交换式加速度计，其特征在于，所述加热功率调整因子为：



其中M为预定增益，ai为数字序列的第i位，b[j]为第j组数字序列对应的第j个加热功率调整因子，j为大于等于1的整数，
所述加热功率控制参数为：
h[j]＝b[j]+c[k]，h[j]为第j个加热功率控制参数，c[k]为加热功率初始因子。


4.根据权利要求3所述的热交换式加速度计，其特征在于，
所述转换模块为数字式积分器，其输出D[n]的表达式为：
D[n]＝D[n-1]+h[n]，n为迭代的次数，n为大于等于1的整数；
h[n]为本次迭代时的加热功率控制参数的值，
每次数字式积分器溢出时，所述开关控制信号为第一逻辑电平时，其余时间为第二逻辑电平，
其中所述开关控制信号的占空比等于所述加热功率控制参数的当前值与其全值信号的比。


5.根据权利要求3所述的热交换式加速度计，其特征在于，将一次测量后的加热功率控制参数的终值进行存储，在后续测量时将存储的加热功率控制参数更新为所述加热功率初始因子，
c[k]为第k次更新的加热功率初始因子，所述加热功率初始因子的初始值等于0，k为大于等于0的整数。


6.根据权利要求4所述的热交换式加速度计，其特征在于，在所述开关控制信号为第一逻辑电平时，所述加热控制开关导通，此时所述加热电阻被控制的通电以发热，在所述开关控制信号为第二逻辑电平时，所述加热控制开关断开，此时所述加热电阻被控制的断电以停止发热，
所述调制器为Sigma-Delta调制器。

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏智，亚历克斯·瑞宾斯基，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32