[发明专利]一种MEMS器件动态微弱电容检测电路

权利要求书

1.一种MEMS器件动态微弱电容检测电路，其特征在于：包括驱动信号发生电路(1)、C/V转换单元(2)、一级采样保持单元(3)、二级采样保持单元(4)和信号处理单元(5)；C/V转换单元(2)包括C/V转换器(21)和仪表放大器(22)；一级采样保持单元(3)包括一级采样保持电路(31)、90°相移网络(32)和一级采样保持电压比较器(33)；二级采样保持单元(4)包括二级采样保持电路(41)、反相器(42)和二级采样保持电压比较器(43)；驱动信号发生电路(1)自激振荡产生幅度频率稳定的正弦波信号，为C/V转换单元(2)提供检测激励信号，输出信号接至C/V转换电路(21)的输入端；C/V转换电路(21)依据微分原理将微弱电容变化量转换成比例电压量，并经过仪表放大器(22)输出幅值与参考电容和待测电容值差成正比的正弦波信号，该正弦波信号输入至一级采样保持单元(3)的输入端；一级采样保持单元(3)将输入的正弦波一路输入一级采样保持电路(31)，另一路输入至90°移相网络(32)，90°移相网络(32)对于输入信号进行90°移相后输入至一级采样保持电压比较器(33)正输入端，当一级采样保持电路(31)输入信号达到正峰值点时，输入至一级采样保持电压比较器(33)的移相后信号过零点，此时一级采样保持电压比较器(33)过零点触发，为一级采样保持电路(31)提供采样保持触发信号，一级采样保持电路(31)将其输入信号进行采样保持；同样，当一级采样保持电路(31)输入信号到达负峰值点时，一级采样保持电压比较器(33)过零点触发为一级采样保持电路(31)提供跟随触发信号，一级采样保持电路(31)此时跟随输入信号，一级采样保持电路(31)输出信号至二级采样保持电路(41)输入端；二级采样保持单元(4)中反相器(42)将90°移相网络(32)的输出信号再进行反相为二级采样保持电压比较器(43)提供电压比较信号，当一级采样输出信号处在保持阶段时，二级采样保持电路(41)对输入信号进行跟随，当一级采样输出信号处在跟随阶段时，二级采样保持电路(41)对输入信号进行采样保持，这样，二级采样保持单元(4)输出信号为准直流信号，其电压值与待测电容和参考电容值之差成正比，并输入至信号处理单元(5)输入端；信号输出单元(5)对信号进行低通滤波和平滑处理，输出与待测电容变化量成正比的直流信号。

2.根据权利要求1所述的MEMS器件动态微弱电容检测电路，其特征在于：所述驱动信号发生电路(1)由串并联的RC网络、反馈运算放大器(15)、负反馈网络及比例放大电路组成；串并联RC网络由电容(12)、电阻(11)组成的并联网络与另一电容(13)、另一电阻(14)组成的串联网络串联组成，串并联RC网络共同决定信号发生电路(1)的振荡频率，电容(12)、电阻(11)组成的并联网络与另一电容(13)、另一电阻(14)组成串联网络的串并联连接点与反馈运算放大器(15)正输入端连接；负反馈网络由增益电阻(16)和自动调节增益电阻网络串联组成，自动调节增益电阻网络由增益电阻(112)、N沟道JFET管(110)串联后再与增益电阻(111)并联组成，钳位二极管(17)与电解电容(19)、放电电阻(18)组成的并联网络串联形成钳位电路，使振荡电路增益处于稳定状态，从而实现信号发生器稳幅输出；比例放大电路由两个比例电阻(113、114)和比例放大器(115)组成，一个比例电阻(113)一端接反馈运算放大器(15)的输出端，一端接至比例放大器(115)的负输入端，与并联在比例放大器(115)负输入端与输出端的另一比例电阻(114)组成比例放大网络，实现信号发生器的输出信号幅度调节。