[发明专利]带谐波失真自检功能的高阶Σ-Δ闭环加速度计接口电路

说明书

技术领域

本发明适用于MEMS惯性器件领域，涉及一种带谐波失真自检功能的高阶Σ-Δ闭环加速度计接口电路。

背景技术

微机械惯性传感器是MEMS技术和惯性技术结合的产物，在所有的微机械惯性传感器中微机械加速度计是目前市场应用最广泛的传感器之一，与传统惯性器件相比，电容式微机械惯性传感器集MEMS工艺、IC工艺的优势为一体，实现了惯性传感器的高度集成，其具有体积小、重量轻、成本低廉，可批量生产等优点，在军事和民用方面都有着广阔的应用前景。微机械加速度计传感器是微型惯性测量组合的核心元件，在汽车电子、航空航天、地震勘探、消费电子等领域得到广泛的应用，不仅在民用领域，在战术导弹的中段制导、灵巧炸弹和巡航导弹、飞机导航等军事领域，其应用范围也在不断扩大。

微机械惯性传感器直接数字输出能够有效降低成本，同时降低设计的难度，是MEMS传感器发展的必然趋势。利用Σ-Δ技术不仅能实现微机械加速度计的数字输出，而且能够实现系统的闭环工作，这在很大程度上增加了系统的工作带宽，提高了系统的线性度和动态范围。Σ-Δ微机械加速度计目前正朝着高精度、高阶的方向发展，所以对于系统的输出精度和稳定性要求越来越高。然而由于目前的工艺不稳定性，导致在设计微机械加速度计接口电路时存在一些难题。例如工艺不稳定性导致的机械表头参数存在不准确性，而随着温度的变化，系统的参数也会发生变化等等，所以为了提高系统的性能，必须确保加速度计工作的可靠性。微机械加速度计接口电路的自检测功能能够很好的检测出工艺参数和温度变化等带来的产品缺陷，提高产品率。

目前带有自检测功能的微加速度计接口电路的报道主要集中于模拟的电路结构，例如专利文件CN101271125A，发明名称为“一种电容式微加速度计”，公开日期为2008年9月24日，该专利报道的带自检测功能的开环电路结构的电容式微加速度计接口电路，其只能满足低端应用需求；专利文件CN101692095A，发明名称为“带有自检测功能的电容式闭环加速度计接口电路”，公开日期为2010年4月7日，该专利报道的带自检测功能的闭环电容式加速度计接口电路，其满足较高精度的应用需求，但其却无法实现谐波失真自检功能。

发明内容

本发明目的是为了解决目前的加速度计接口电路自检功能主要解决模拟输出的加速度计接口电路的自检测，而无法实现直接数字输出的闭环高阶Σ-Δ加速度计接口电路谐波失真自检测的问题，提供了一种带谐波失真自检功能的高阶Σ-Δ闭环加速度计接口电路。

本发明所述带谐波失真自检功能的高阶Σ-Δ闭环加速度计接口电路，它包括加速度计敏感结构、电荷电压转换器、前级放大器、相关双采样与采样保持单元、相位补偿器、自检测单元、第一级积分器、第二级积分器、求和单元、第三级积分器和比较器，

加速度计敏感结构的等效加速度信号输出端与电荷电压转换器的输入端相连；

电荷电压转换器的输出端与前级放大器的输入端相连；

前级放大器的输出端与相关双采样与采样保持单元的输入端相连；

相关双采样与采样保持单元的输出端与相位补偿器的输入端相连；

相位补偿器的输出端、自检测单元的输出端分别与第一级积分器的两个输入端相连；

第一级积分器的输出端与第二级积分器的输入端相连；

相位补偿器的输出端、第一级积分器的输出端、第二级积分器的输出端分别与求和单元的三个输入端相连；

求和单元的输出端与第三级积分器的输入端相连；

第三级积分器的输出端与比较器的输入端相连；

比较器的输出端分别与加速度计敏感结构、第一级积分器、第二级积分器、第三级积分器的反馈端相连；

比较器的输出端输出位流信号。

本发明的优点：本发明采用模拟电路和数字电路相结合的方式，模拟电路包括电荷电压转换器、前级放大器、相关双采样与采样保持单元、相位补偿器、积分器、比较器等；数字电路包括用于前级检测、相位补偿以及积分电路的开关控制时序产生电路等。

本发明所述加速度计接口电路在稳定性补偿的基础上，实现较高的精度，满足了较高的应用需求，并且实现了直接数字输出的闭环Σ-Δ加速度计接口电路谐波失真自检测问题，降低了测试成本，提高了产品的可靠性。

附图说明

图1是本发明所述带谐波失真自检功能的高阶Σ-Δ闭环加速度计接口电路的原理框图。

具体实施方式