[发明专利]微机械加速度计的多级噪声整形ΣΔΜ闭环控制电路和方法

说明书

技术领域

本发明属于微机械加速度计的信号测量处理领域，特别涉及一种微机械加速度计的多级噪声整形ΣΔΜ闭环控制电路和方法。

背景技术

微机械加速度计是一种重要的微惯性传感器，广泛应用于消费电子、工业自动化和惯性导航等领域。为了有效地提高其带宽和稳定性，降低其非线性度，微机械加速度计通常采用单回路高阶低通ΣΔΜ(Sigma-Delta)数字闭环的控制方法，所以该数字闭环控制方法一直是微机械加速度计领域研究的重点和热点。

现有技术中，在单回路高阶低通ΣΔΜ数字闭环控制方法中，为了获得较高的SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)，通常采用较高的阶数来实现，但是高阶ΣΔΜ带来较高信噪比的同时，其稳定性较低阶(例如二阶)ΣΔΜ差，而且可检测的加速度信号的范围变小，反而限制了微机械加速度计的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例一方面提供了一种微机械加速度计的Mash(Multi Stage Noise Shaping，多级噪声整形)ΣΔΜ闭环控制电路，不仅能够提供高阶噪声整形来获得较高的SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)，还能够解决单回路高阶闭环控制电路中稳定性差和检测输入信号范围小的问题。该闭环控制回路包括：用于将所述第一已调信号转换为第一电压信号的第一前置电荷放大器，所述第一前置电荷放大器的输入端与所述第一检测电极连接；用于将所述第二已调信号转换为第二电压信号的第二前置电荷放大器，所述第二前置电荷放大器的输入端与所述第二检测电极连接；用于对所述第一电压信号进行解调和滤波的第一解调电路，所述第一解调电路的输入端与所述第一前置电荷放大器的输出端连接；用于对所述第二电压信号进行解调和滤波的第二解调电路，所述第二解调电路的输入端与所述第二前置电荷放大器的输出端连接；全差分放大电路，所述全差分放大电路的反相输入端与所述第一解调电路的输出端连接，所述全差分放大电路的正相输入端与所述第二解调电路的输出端连接；用于对经所述全差分放大电路处理得到的两个信号分别进行相位补偿以使闭环控制电路的相移不等于2nΠ的相位补偿电路，所述相位补偿电路的第一输入端与所述全差分放大电路的正相输出端连接，所述相位补偿电路的第二输入端与所述全差分放大电路的反相输出端连接；用于对经所述相位补偿电路处理得到的两个信号分别进行采样量化的第一量化器，所述第一量化器的第一输入端与所述相位补偿电路的第一输出端连接，所述第一量化器的第二输入端与所述相位补偿电路的第二输出端连接；用于在经所述第一量化器处理得到的一个信号的作用下将反馈电压加载到第一反馈电极或第二反馈电极上的模拟开关，所述模拟开关的第一输入端与所述第一量化器的第二输出端或第一输出端连接，所述模拟开关的第二输入端接收反馈电压，所述模拟开关的第一输出端与所述第一反馈电极连接，所述模拟开关的第二输出端与所述第二反馈电极连接，以形成闭环控制；第一增益放大电路，其反相输入端与所述相位补偿电路的第一输出端连接；第三增益放大电路，其反相输入端与所述第一量化器的第二输出端连接；第一减法电路，其反相输入端与所述第一增益放大电路的输出端连接，其正相输入端与所述第三增益放大电路的输出端连接；

第二增益放大电路，其反相输入端与所述相位补偿电路的第二输出端连接；第四增益放大电路，其反相输入端与所述第一量化器的第一输出端连接；

第二减法电路，其反相输入端与所述第二增益放大电路的输出端连接，其正相输入端与所述第四增益放大电路的输出端连接；第一增益放大和减法电路，其第一反相输入端与所述第二减法电路的输出端连接，其第一正相输入端与所述第一减法电路的输出端连接，其第二反相输入端与第二量化器的第一输出端连接，其第二正相输入端与第二量化器的第二输出端连接；第一全差分积分电路，其反相输入端与所述第一增益放大和减法电路的正相输出端连接，其正相输入端与所述第一增益放大和减法电路的反相输出端连接；第二增益放大和减法电路，其第一反相输入端与所述第一全差分积分电路的正相输出端连接，其第二正相输入端与所述第一全差分积分电路的反相输出端连接，其第二反相输入端与所述第二量化器的第一输出端连接，其第二正相输入端与所述第二量化器的第二输出端连接；第二全差分积分电路，其反相输入端与所述第二增益放大和减法电路的正相输出端连接，其正相输入端与所述第二增益放大和减法电路的反相输出端连接