[实用新型]电容式MEMS器件微弱电容的检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电容式MEMS器件微弱电容的检测装置。

背景技术

MEMS（微机械电子）器件因其具有体积小、能耗低、易于集成和批量生产、成本低等特点，广泛运用于航空航天、生物医疗、消费电子、国防等领域。根据检测方法的不同，MEMS器件可以分为压阻式、压电式、电容式、电磁式。

电容式MEMS器件体积小的特点决定了其敏感电容的电容值非常小，一般为pF量级，而由待测物理量引起的电容变化量则更加微小，一般为fF量级，甚至是aF量级。如此小的待测量决定了微弱电容检测电路的重要性，其性能对于电容式MEMS器件的性能具有重要的作用。另外，谐振式MEMS器件中还存在驱动端直接耦合到检测端的寄生电容，寄生电容的同频干扰进一步增加了微弱电容检测的难度。

目前，电容式MEMS器件微弱电容检测的主要方法有：① 非调制方法：采用交流信号加载在被检测电容上，通过多次保持和采样电路及低通滤波电路获得检测电容的峰值，从而确定微弱电容的大小。这种电路结构复杂，同时只能对静态弱电容进行检测。当存在寄生电容时，难以获得有效的检测信号。② 相关解调方法：采用了带有直流偏置的正弦波驱动，模拟乘法器解调的方法，虽然该方法可以抑制寄生电容对输出的干扰，但这种方案只适合于静态弱电容检测。现存的测试方法只适用于有寄生电容背景下的静态电容测量，不能满足谐振式MEMS器件动态微弱电容检测的要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了电容式MEMS器件微弱电容的检测装置。

本实用新型为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

       电容式MEMS器件微弱电容的检测装置，包括：激励信号发生器、电荷放大器、隔直放大器、高通滤波器、模拟开关模块、低通滤波器、调制方波发生器，其中：

所述激励信号发生器的输出端与电容式MEMS器件的驱动端连接，所述调制方波发生器的第一输出端与电容式MEMS器件振梁的一端连接，调制方波发生器的第二输出端与模拟开关模块的第一输入端连接，所述电荷放大器的输入端与电容方式MEMS器件的检测端连接后依次与隔直放大器、高通滤波器连接，所述高通滤波器的输出端与模拟开关模块的第二输入端连接，所述模拟快关模块的输出端与低通滤波模块的输入端连接，所述低通滤波器的输出端输出带直流偏置的交流电压信号。

进一步的，所述的电容式MEMS器件微弱电容的检测装置中，调制方波发生器包括：LTC1799芯片、去耦电容、隔直电容、可调电阻；其中：所述去耦电容的正极与LTC1799芯片的正输入端连接，去耦电容的负极接地，所述可调电阻的两端分别与LTC1799芯片的正输入端、设置端连接，所述隔直电容的一端与LTC1799芯片的输出端连接，隔直电容的另一端输出调制方波信号。

进一步的，所述的电容式MEMS器件微弱电容的检测装置中，电荷放大器包括：OP37芯片、直流偏置电压源、精密小电容、大阻抗电阻；其中：所述直流偏置电压源与OP37芯片的正输入端连接，所述精密小电容的两端分别与OP37芯片的负输入端、输出端连接；所述大阻抗电阻的两端分别与OP37芯片的负输入端、输出端连接。

进一步的，所述的电容式MEMS器件微弱电容的检测装置中，模拟开关模块包括：模拟反相器和MAX4544芯片，所述模拟反相器的输入端、MAX4544芯片的一个待调节信号输入端分别与高通滤波器的输出端连接，模拟反相器的输出端与MAX4544芯片的另一个待调节信号输入端连接，所述MAX4544芯片的关断控制引脚与调制方波发生器的输出端连接。

本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果：检测装置的电路结构简单，输出响应的谐波小，信噪比高，在同频干扰下同时测量动静态微弱电容以及静态电容。

附图说明

图1 为电容式MEMS器件微弱电容检测装置的原理图。

图2 为调制方波发生器的电路原理图。

图3 为电容式MEMS器件的结构图。

图4 为激励信号发生器的电路原理图。

图5 为电荷放大器的电路原理图。

图6 为隔直放大器的电路原理图。

图7 为高通滤波器的电路原理图。

图8 为模拟开关模块的电路原理图。

图9 为低通滤波器的电路原理图。

图中标号说明：R1至R11为第一至第十一电阻，C1至C10为第一电容至第十电容。

具体实施方式