[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

摘要

本发明公开了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，控制电路包括第一前置电荷放大器；第一解调电路；第二前置电荷放大器；第二解调电路；全差分放大电路；相位补偿电路；第一量化器；模拟开关；第一增益放大电路；第二增益放大电路；第三增益放大电路；第四增益放大电路；第一减法电路；第二减法电路；第一增益放大和减法电路；第一全差分积分电路；第二增益放大和减法电路；第二全差分积分电路；第二量化器；第三减法电路，其中所述微机械加速度计包括中心质量块、第一检测电极、第二检测电极、第一反馈电极和第二反馈电极。本发明通过上述技术方案能获得较好的稳定性，同时具有四阶噪声整形能力，能获得较高的信噪比。

主权项

一种微机械加速度计的多级噪声整形ΣΔΜ闭环控制电路，所述微机械加速度计包括用于在物体加速度方向上，产生与物体加速度相对应的位移变化的中心质量块，用于产生表征所述中心质量块位移变化的第一电流信号的第一检测电极，用于产生表征所述中心质量块位移变化、且与所述第一电流信号反相的第二电流信号的第二检测电极，用于在反馈电压作用下产生静电力使所述中心质量块复位的第一反馈电极和第二反馈电极，所述第一反馈电极位于所述第一检测电极侧，所述第二反馈电极位于所述第二检测电极侧，高频载波信号加载到所述中心质量块上，并分别对所述第一电流信号和所述第二电流信号进行调频以得到第一已调信号和第二已调信号，其特征在于：所述多级噪声整形ΣΔΜ闭环控制电路包括：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；用于对经所述第二全差分积分电路处理得到的两个信号分别进行采样量化得到第二输出信号的第二量化器，其第一输入端与所述第二全差分积分电路的正相输出端连接，其第二输入端与所述第二全差分积分电路的反相输出端连接，其第一输出端与所述第一增益放大和减法电路的第二反相输入端连接，还与所述第二增益放大和减法电路的第二反相输入端连接，所述第二量化器的第二输出端与所述第一增益放大和减法电路的第二正相输入端连接，还与所述第二增益放大和减法电路的第二正相输入端连接；以及用于得到表征物体加速度的输出电压信号的第三减法电路，其反相输入端与所述第一量化器的第二输出端连接，其正相输入端与所述第二量化器的第二输出端连接；或所述第三减法电路的反相输入端与所述第一量化器的第一输出端连接，其正相输入端与所述第二量化器的第一输出端连接。