一种应用于加速度计的可变输出范围的全差分高压驱动器制造技术

本发明专利技术属于集成电路设计技术领域，涉及一种应用于加速度计的可变输出范围的全差分高压驱动器。本发明专利技术在传统的固定范围输出的全差分高压驱动器基础上，通过引入可编程控制的高压输出电荷泵产生可变的高压输出给全差分的高压驱动器供电；利用可变电阻采样全差分的高压驱动器的输出电压与加速度计中常压电路部分稳定的共模电压进行比较实现稳定高压驱动器共模输出电压的目的。因为电荷泵输出往往有较大的纹波并且受电源波动影响大，直接采样电荷泵的输出电压的一半作为高压驱动器的共模参考电压容易使得共模反馈不准确；通过采用浮动电流源和AB类输出相结合的全差分运放的架构增大电源抑制比，提高电源利用率，降低高压驱动器的静态功耗。驱动器的静态功耗。驱动器的静态功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于加速度计的可变输出范围的全差分高压驱动器


[0001]本专利技术属于集成电路设计
，尤其涉及一种应用于加速度计的可变输出范围的全差分高压驱动器。

技术介绍

[0002]随着加速度计的发展，高线性度、高精度和低功耗成为加速度计的发展方向和难点。现有的MEMS加速度计读出电路主要有开环和闭环两种，其中工作模式为开环类的加速度计接口电路结构简单，功耗低但是存在量程小、线性度差的问题；闭环模式的加速度计接口电路往往需要反馈控制MEMS机械表头，而高压反馈因为能提高MEMS加速度计的反馈灵敏度和整体输出的线性度成为目前主要采用的反馈方式。此外，单端检测的加速度计接口电路虽然结构简单，功耗更低，芯片面积也更小，但是零点偏移严重，噪声比较大。而全差分的检测和反馈方式具有能够减小共模噪声、提高电源抑制比等诸多优点。因此，高性能的加速度计接口电路多采用全差分高压式的检测和反馈方式。
[0003]目前采用的全差分式反馈的高压驱动器主要是实现固定的高压输出范围，对于固定的某个加速度检测灵敏度的MEMS表头可以实现较好的反馈控制，但是对于加速度检测灵敏度较小的MEMS表头，CV转换输出的电压较小，通过固定输出范围的高压驱动器输出电压控制不能很好地反馈控制MEMS表头，会使得反馈的静电力过小容易控制不住MEMS表头；同样的，对于加速度检测灵敏度很大的MEMS表头，通过固定输出范围的高压驱动器会限制加速度计的量程，容易输出饱和。因此固定的高压输出范围的驱动器没有良好的适配性，从而使得整个加速度计接口电路不能适配不同的MEMS表头达到最优的反馈控制。因此，针对不同的MEMS机械表头采用不同的高压输出范围的反馈驱动器是增大加速度计接口电路适配性和实用性的关键。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种应用于加速度计的可变输出范围的全差分高压驱动器。本专利技术的全差分式高压驱动器能够针对不同的MEMS加速度计表头输出不同的高压反馈驱动输出范围，提高加速度计接口电路的适配性和实用性。
[0005]本专利技术在传统的固定范围输出的全差分高压驱动器基础上，通过引入可编程控制的高压输出电荷泵产生可变的高压输出给全差分的高压驱动器供电。此外，利用可变电阻采样全差分的高压驱动器的输出电压与加速度计中常压电路部分稳定的共模电压进行比较实现稳定高压驱动器共模输出电压的目的。因为电荷泵输出往往有较大的纹波并且受电源波动影响大，直接采样电荷泵的输出电压的一半作为高压驱动器的共模参考电压容易使得共模反馈不准确。此外，通过采用浮动电流源和AB类输出相结合的全差分运放的架构增大电源抑制比，提高电源利用率，降低高压驱动器的静态功耗。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种应用于加速度计的可变输出范围的全差分高压驱动器，包括：
[0008](1)输出电压检测模块，用于实现对全差分运放输出电压不同比例的采样；
[0009](2)全差分主运放，具有浮动电流源和AB类输出相结合架构，用于驱动MEMS机械表头；
[0010](3)共模反馈辅助运放，具有与全差分主运放相近的增益和带宽；
[0011](4)可编程控制的电荷泵，该电荷泵可通过编程控制实现不同的电压输出。
[0012]更进一步，所述的输出电压检测模块包含两个固定电阻Rs、两个固定电容C以及可变电阻Rx；所述的两个固定电阻Rs和两个固定电容C分别并联，形成两个阻容并联电路；所述的两个阻容并联电路，其正端分别与全差分主运放的两个输出连接，其负端相连并与可变电阻Rx的正端连接；所述的可变电阻Rx为一个或者多个形成的可变电阻，其正端与所述的两个阻容并联电路负端连接，其负端接地；所述的全差分主运放，其输入与加速度计的矫正网络的输出连接，其输出与MEMS机械表头的驱动端连接；所述的共模反馈辅助运放，其负端输入与所述两个阻容并联电路的负端连接，其正端输入与常压电压基准VCM连接，输出与全差分主运放的共模反馈输入端连接；所述的可编程控制的电荷泵输出与全差分主运放的供电端连接。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0014](1)将全差分的加速度计中的常压电路部分稳定的共模电平用于高压驱动器的共模参考电压使得加速度计的常压部分和高压部分能更好的结合，简化了电路；
[0015](2)实现针对不同的MEMS加速度计表头实现不同范围的高压反馈，提高了高压驱动器的适配性。
附图说明
[0016]图1是传统的闭环模式的电容式加速度计系统结构图。
[0017]图2是本专利技术的一种包含可变输出范围的全差分高压驱动器的加速度计电路结构图。
[0018]图3是本专利技术的一种应用于加速度计的可变输出范围的全差分高压驱动器的电路架构图。
具体实施方式
[0019]以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。
[0020]如图1所示，是一种传统的闭环模式的电容式加速度计系统结构图，包括MEMS机械表头、CV转换电路、校正网络、高压驱动器、常压电源基准和电荷泵。其中CV转换电路和校正网络是工作在常压下的，高压驱动器是工作在高压下的。图2是本专利技术提供的一种包含可变输出范围的全差分高压驱动器的加速度计电路结构图，其抛弃了高压驱动器采样电荷泵输出高压的一半作为全差分高压驱动器输出共模参考电压的做法，采用了直接利用常压部分电路的参考电压作为高压驱动器的参考电压，然后通过可变电阻采样全差分高压驱动器的输出电压，将输出的高压以一定的比例与常压电压基准VCM进行比较完成共模反馈实现稳定全差分高压驱动共模的目的。图3是本专利技术提供的一种可变输出范围的全差分高压驱动器的电路架构图，其包含全差分主运放、输出电压检测模块的电阻Rs、电容C、可变电阻或可变电阻阵列Rx、共模反馈辅助运放、电荷泵，通过数字单元对可变电阻或可变电阻阵列Rx和
电荷泵进行控制。
[0021]电路的工作原理：
[0022]先通过数字单元控制可编程电荷泵产生高压驱动器工作的高压VCP，然后输出电压检测模块对主运放的输出共模电平并进行检测与输出。输出电压检测模块的输出通过辅助运放反馈到全差分主运放，用于稳定全差分高压驱动器的共模电压。由此完成以一定比例采样全差分高压驱动器的输出电压与常压电压基准VCM比较，稳定全差分高压驱动器的输出共模电压实现稳定输出的目的。其中通过数字单元编程控制电荷泵实现可变的高压供电输出和通过数字单元控制输出电压检测模块对全差分高压驱动器的输出电压进行不同比例的采样可以结合在一起，更进一步的优化可变输出范围的全差分高压驱动器的结构。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于加速度计的可变输出范围的全差分高压驱动器，其特征在于，所述的全差分高压驱动器包括：输出电压检测模块，用于实现对全差分运放输出电压不同比例的采样；全差分主运放，具有浮动电流源和AB类输出相结合架构，用于驱动MEMS机械表头；共模反馈辅助运放，具有与全差分主运放相近的增益和带宽；可编程控制的电荷泵，该电荷泵可通过编程控制实现不同的电压输出；其中，所述的输出电压检测模块包含两个固定电阻Rs、两个固定电容C以及可变电阻Rx；所述的两个固定电阻Rs和两个固定电容C分别并联，形成两个阻容并联电路；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐姣，区万林，常玉春，孙海荣，汪家奇，卢宏斌，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：