[发明专利]用于压力传感器的力反馈环路

说明书

技术领域

本公开在压力传感器（pressure sensor）、例如基于MEMS的压力传感器和与之相关联的力反馈环路电路的领域中。

背景技术

电容式压力传感器使用可移动隔膜（diaphragm）和压力腔来创建可变电容器。可变电容器显示出与由测量压力引入的力相对应地改变的电容。

发明内容

在一个实例中，本发明提供了一种压力传感器系统，其包括：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。利用反馈信号而在压力传感器上生成静电力。除压力之外，还在压力传感器上施加静电力。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。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。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。并且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。

在另一实例中，本发明提供了一种信号处理系统。该信号处理系统包括：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。将静电力与测量源力组合以生成整体力。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。并且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。

在又一实例中，本发明提供了一种操作压力传感器系统的方法。该方法包括：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。

附图说明

图1是图示出用于压力传感器的信号处理系统的框图。

图2是图示出根据某些实施例的压力传感器系统的详细框图。

图3是图示出根据某些其它实施例的压力传感器系统的详细框图。

图4是图示出根据某些其它实施例的压力传感器系统的框图。

图5是图示出根据某些其它实施例的压力传感器系统的框图。

图6是图示出根据某些实施例的压力传感器系统的积分器级的图。

图7是图示出操作压力传感器系统的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考所附的绘制图形来描述本公开，其中自始至终使用相似的参考数字来指代相似的元件，并且其中，所示结构和器件不一定按比例描绘。

在各种MEMS惯性传感器系统中利用力反馈环路且其操作以消除移动质量的位移。基于反馈信号而生成与外力相反的静电力。该静电力补偿外力并将质量保持在平衡位置上。以这种方式，使系统线性化。此外，力反馈环路使得能够实现用于系统的自测试。

公开了将力反馈环路结合到压力传感器系统中的系统和方法。力反馈环路基于测量压力而提供控制信号以控制施加于压力传感器的静电力。该静电力被连同测量压力一起施加于压力传感器，使得压力传感器的隔膜的总偏转对于不同的压力测量而言一般地是稳定的。通过将静电力与测量压力相加，改善了压力传感器系统的灵敏度，尤其是对于低压力测量而言。也简化了压力传感器系统的自测试和自校准。除控制施加于压力传感器的静电力之外，还将控制信号作为压力传感器系统的输出信号来处理。输出信号指示测量压力，并且可以馈送到后续级中的处理器和/或显示器。在某些实施例中，隔膜的总偏转等于或大于由单独的最大压力引起的偏转。

图1是图示出信号处理系统100的框图。系统100测量源力132并基于测量源力而生成输出信号124。