一种具有高精度输入共模控制的电容式传感器接口电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电容式传感器接口电路,本发明专利技术的MEMS机械传感元件将外部加速度信号转换为MEMS机械电容变化量，产生传感器电荷信号A和B；输入共模控制单元用于吸收传感器电荷信号的共模分量，其差模分量传输到电容

【技术实现步骤摘要】
一种具有高精度输入共模控制的电容式传感器接口电路


[0001]本专利技术涉及应用于电容式传感器
，特别涉及一种微机电路系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)电容式加速度计接口电路。

技术介绍

[0002]MEMS电容传感器广泛应用于惯性传感器、压力传感器、物联网麦克风等领域。读出电路是MEMS传感器整个电路系统性能的瓶颈。差动感应结构在读出电路中得到了广泛的应用，因为它具有许多重要的优点，包括提高了电源抑制率和对共模误差的一阶抑制。然而，全差分放大器工作在一个大的输入共模信号。由于MEMS传感器和总电容构成一个电容分压器，驱动信号将在放大器输入处衰减。因此，没有输入共模反馈控制电路的电容
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电压转换器将需要容忍几百毫伏大小的输入共模变化，这在低功耗过程中(例如在低压接口中)是不可行的。没有输入共模反馈控制电路的电容
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电压转换器的另一个大缺点是，在放大器输入端的共模阶跃，降低了激励电压的有效幅值，这会降低传感器的灵敏度。

技术实现思路

[0003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高精度输入共模控制的电容式传感器接口电路包括MEMS机械传感单元(1)、电容
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电压转换单元(3)、方波信号产生单元(4)，其特征在于还包括输入共模控制单元(2)；所述MEMS机械传感单元(1)，用于将外部加速度信号转换为MEMS机械电容的变化量，MEMS机械传感元件(1)被方波信号产生单元(4)产生的方波信号Φ1、Φ2驱动，产生传感器电荷信号A和B，该传感器电荷信号A和B均包括共模电荷分量和差模电荷分量，其中共模电荷分量被所述输入共模控制单元(2)吸收，差模分量传输给所述的电容
‑
电压转换单元(3)；所述输入共模控制单元(2)用于对输入共模电平的控制，吸收传感器电荷信号A和B中的共模电荷分量；它包括有源共模反馈控制模块(21)和无源共模控制模块(22)，其中无源共模控制模块(22)用于粗吸收传感器电荷信号A和B的共模分量，有源共模反馈控制模块(21)用于精确吸收残余下来的共模分量；该有源共模反馈控制模块(21)包括反馈控制环路、电平移位网络(21a)和采样保持网络(21b)；其中，反馈控制环路用于对传感器电荷信号A和B残余下来的共模进行采样，并根据采样结果调整共模吸收量，从而实现高精度的输入共模电平控制；电平移位网络(21a)用于提高反馈控制环路中运算放大器的输出摆幅，实现满摆幅的线性输出，同时减小运算放大器A2的增益误差；采样保持网络(21b)用于消除反馈控制环路中运算放大器自身产生的失调电压，同时进一步提高运算放大器的增益精度；所述电容
‑
电压转换单元(3)用于将MEMS机械电容的变化转换成电压信号的变化，最终输出差分电压信号Vo1和Vo2；所述方波信号产生单元(4)用于产生四个方波信号Φ1、Φ2、Φ3、Φ4，该四个方波信号均连接至输入共模控制单元(2)；第一方波信号Φ1和第二方波信号Φ2是非交叠式方波信号；当第一方波信号Φ1和下降沿来到时，第二方波信号Φ2经过一个死区时间变为高电平，紧接着第三方波信号Φ3变为高电平，当第三方波信号Φ3下降沿来到后第四方波信号Φ4变为高电平，当第四方波信号Φ4下降沿来到后第二方波信号Φ2变为低电平，第一方波信号Φ1再经过一个死区时间变为高电平。2.根据权利要求1所述一种具有高精度输入共模控制的电容式传感器接口电路，其特征在于MEMS机械传感单元(1)包括第一差分电容C
S1
、第二差分电容C
S2
、两个开关S1和S2；所述的第一差分电容C
S1
的一端和第二差分电容C
S2
的一端相连，构成的公共端R，另一端输出传感器电荷信号B；该第二差分电容C
S2
的另一端输出传感器电荷信号A；所述第一开关S1跨接于参考基准电压V
R
与公共端R之间，其控制端连接第一方波信号Φ1；所述第二开关S2跨接于GND与公共端R之间，其控制端连接第二方波信号Φ2。3.根据权利要求1所述一种具有高精度输入共模控制的电容式传感器接口电路，其特征在于特征在于所述无源共模控制模块(2a)用于粗吸收传感器电荷信号A和B中的共模电荷分量，它包括两个无源电荷吸收电容C
01
、C
02
和两个开关S3、S4；其中：第一无源电荷吸收电容C
01
和第二无源电荷吸收电容C
02
的一端相连，另一端连接传感器电荷信号B；第二无源电荷吸收电容C
02
的另一端连接传感器电荷信号A；第三开关S3跨接于GND与两个无源电荷吸收电容C
01
、C
02
的公共端之间，其控制端连接第一方波信号Φ1；
第四开关S4跨接于参考基准电压V
R
与两个无源电荷吸收电容C
01
、C
02
的公共端之间，其控制端连接第二方...

【专利技术属性】
技术研发人员：来新泉，王宇恒，廖月辉，李继生，李文岑，
申请(专利权)人：西安水木芯邦半导体设计有限公司，
类型：发明
国别省市：