[发明专利]一种MEMS加速度计读出电路

说明书

本发明提供一种MEMS加速度计读出电路，其中，包括输出模块，所述输出模块为一个差分输出与单端输出的输出转换模块，所述输出转换模块为双端差动式信号检测处理结构。可在外部搭建电容桥，可适用于各种加速度计表头，解决直流偏移问题，且电路精度高输出信号的分辨率高。

技术领域

本发明涉及MEMS微惯性仪表领域，尤其涉及一种MEMS加速度计读出电路。

背景技术

MEMS电容式微加速度计的结构微小，输出的信号输出的信号非常微弱，并且是模拟信号，电容变化量非常微小，一般都在10^-15F左右，并且受寄生电容，各种噪声等的影响严重，对这一输出信号进行检测并将这一信号转换成电信号的测试电路难度非常大。且MEMS加速度计随集成工艺的改变比较大，器件参数有很高的不确定性以及各种非线性；其输出的微弱信号检测问题一直是困扰研究工作人员的突出问题。

现有的MEMS加速度计读出电路结构有单端检测结构和差动式检测结构两种。

单端检测结构一般存在：连续时间电压检测(图2)和连续时间电流检测(图3)两种方式，这两种检测结构主要有两个缺点，一是为电路提供直流偏压的电阻Rb要求阻抗非常大，在集成CMOS工艺中，大电阻会占用相当大的芯片面积，产生很大的寄生电容，从而使电路的精度降低；二是这两种检测结构都是用了调制解调方式，因为电路中的低通滤波器会对信号转移函数会使得相位延迟，所以这两种检测电路不适合用反馈电路。虽然增大驱动信号幅度，可以提高单端电路结构的分辨率，但是芯片电源电压幅值和微加速度计的静电力这两种因素限制了驱动信号幅度的提高。当然还可以通过减小运放的输入等效噪声电压和增大运放的带宽来提高电路的分辨率，但是作为代价，其电路的复杂度和功耗要增加。另外单端读出电路结构最棘手的是输入电压V_S的振幅与相位所造成的误差。

差动式读出电路结构(如图4所示)的输入信号源相同，所以不会有输入电压V_S的振幅与相位所造成的误差。差动式结构除了具有单端检测结构的优点外，还可以克服外界的误差以及具有输入端不发生浮动的特性。在如图5中采用的差动式读出电路结构，此结构不仅有差动式检测电路结构的所有优点，而且在模拟集成电路中用开关电容电路来代替大电阻，使得大电阻的实现更加容易，集成化程度也得到了一定程度的提高。但是此结构的输出信号为单端输出，会有较大的不确定的直流偏移问题，另外此结构只有开环工作模式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能具有开环闭环工作模式、又能解决直流偏移问题，且电路精度高输出信号的分辨率高的一种MEMS加速度计读出电路。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种MEMS加速度计读出电路，其中，包括输出模块，所述输出模块为一个差分输出与单端输出的输出转换模块，所述输出转换模块为双端差动式信号检测处理结构。

优选的，还包括前端检测放大器模块，所述前端检测放大器模块为开放式结构。

优选的，还包括一个内部温度传感模块，所述内部集成温度传模块包括温度传感器和运算放大器，所述转换输出模块输出端与温度传感器输出端连接所述运算放大器的输入端。

优选的，还包括自检测模块，所述自检测模块具有单独的一个输入端和输出端。

优选的，还包括标定电容模块，所述标定电容模块包括两片精确匹配的固定电容。

优选的，还包括开关电容低通滤波器模块、连续时间低通滤波器模块和通过外接电容可构成闭环控制的控制器模块。

优选的，所述控制器模块包括PI控制器和Lead-Lag控制器。

优选的，还包括为电路提供电源以及基准电压的电源与基准电压模块。

优选的，还包括时钟信号发生器模块。