[发明专利]用于压力传感器的力反馈环路

权利要求书

1.一种压力传感器系统，包括：

压力传感器，被配置成测量由压力引起的力，并基于测量压力和静电力而生成传感器信号；以及

力反馈环路，被配置成接收传感器信号并基于传感器信号而生成输出信号和反馈信号；

其中，利用反馈信号而在压力传感器上生成静电力，其中，除压力之外，还在压力传感器上施加静电力；

其中压力传感器是电容传感器，并且被配置来生成与传感器信号相关的整体电容，其中整体电容由静电力和测量压力施加到压力传感器上的整体力引起，其中整体电容等于或大于由施加到压力传感器上的最大测量压力引起的电容；

其中反馈信号或输出信号被转换成偏压，以提供要与测量电荷相比较的目标电荷。

2.如权利要求1所述的压力传感器系统，其中，所述力反馈环路被配置成响应于传感器信号而调整反馈信号，使得由整体力引起的整体电容对于不同的压力测量而言是稳定的。

3.如权利要求1所述的压力传感器系统，其中，将压力传感器集成在微机电系统（MEMS）中。

4.如权利要求1所述的压力传感器系统，其中，所述输出信号包括数字或模拟信号。

5.一种信号处理系统，包括：

输入级，被配置成测量源力并响应于测量的源力和静电力而生成电容信号；

力反馈环路，被配置成接收电容信号并基于该电容信号而生成输出信号和反馈驱动电压；以及

力函数部件，被配置成基于反馈驱动电压而生成静电力；

其中，将静电力与测量源力组合以生成整体力；

其中，力反馈环路包括模拟控制器，该模拟控制器包括第一积分器级和具有内插字符的第二模拟级，该第一积分器级被配置为以相对较低的时钟频率运行，该第二模拟级被配置为以相对较高的频率运行；

其中该第一积分器级在信号被量化之前向开放环路引入DC极，其中该DC极对于闭合控制环路的量化噪声传递函数而言变成零。

6.如权利要求5所述的信号处理系统，其中，输入级的由整体力生成的整体电容对于不同的源力测量而言是稳定的。

7.如权利要求5所述的信号处理系统，其中，所述力反馈环路还包括：

控制器，被配置成比较测量电荷和目标电荷，并且响应于电荷差而生成控制信号；

数模转换器（DAC），被配置成将控制信号转换成反馈电压；以及

放大器，被配置成将反馈电压放大以形成反馈驱动电压。

8.如权利要求7所述的信号处理系统，其中，所述输出信号基于控制信号。

9.如权利要求7所述的信号处理系统，其中，向输入级和控制器施加反馈驱动电压作为偏压。

10.如权利要求7所述的信号处理系统，其中，向输入级施加所述反馈驱动电压作为偏压，并且向控制器施加反馈电压作为另一偏压。

11.如权利要求7所述的信号处理系统，其中，所述放大器是被配置成将大于系统供应电压的反馈电压放大的电荷泵。

12.如权利要求7所述的信号处理系统，其中，所述控制器是比例积分导数（PID）控制器或状态空间控制器。

13.如权利要求7所述的信号处理系统，还包括输入级与控制器之间的模拟积分器。

14.如权利要求13的信号处理系统，其中，所述模拟积分器包括被配置成在相对较低的时钟频率下运行的第一积分器级和被配置成在相对较高频率下运行的西格玛德尔塔调制器。

15.一种操作压力传感器系统的方法，包括：

使用压力传感器来基于施加到压力传感器的测量压力和静电力而生成传感器信号；

将传感器信号与目标电荷相比较，以经由力反馈环路生成输出信号和反馈信号；

将反馈信号转换成电压信号并且将该电压信号放大成大于该电压信号的反馈驱动电压；

通过将反馈驱动电压用作第一偏压来生成新的静电力；以及

除由测量压力引起的力之外，还向压力传感器施加该新的静电力，以生成新的传感器信号；

其中，通过将该电压信号用作第二偏压来生成该目标电荷，该第二偏压小于第一偏压。

16.如权利要求15所述的操作压力传感器系统的方法，其中，将传感器电容和可编程目标电容相比较或相减。

17.如权利要求15所述的操作压力传感器系统的方法，其中，生成反馈信号，使得静电力和测量压力的整体力生成稳定电容，其等于或大于由最大测量压力引起的电容。