[发明专利]微机械加速度计的高阶连续低通sigma-delta闭环控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种分别用于微机械加速度计的高阶连续低通sigma-delta闭环控制电路（∑ΔM闭环控制电路），属于利用科氏效应的制导或控制装置领域。

背景技术

微机械加速度计是一种重要的惯性传感器，与微机械陀螺结合实现的惯性仪表广泛的用于各种运动物体的姿态及位置信息监测。当外界有加速度信号加载到微机械加速度计上的时候，采用闭环控制的方式可以有效的将微机械加速度计的中心质量块拉回中心位置，防止过载，降低非线性度，同时还能提高系统的带宽和稳定性等。所以该领域一直是研究的重点和热点。传统的模拟闭环控制系统难以精确的控制反馈静电力的大小，并且容易导致质量块与检测电极之间相互吸附；而数字式闭环控制系统，特别是基于高阶∑ΔM调制器的闭环控制系统能够解决这些缺点，同时结合了高阶∑ΔM调制器噪声整形的特点，信号数字化输出，实现简单，稳定性好。1999年美国加州大学伯克利分校的Bernhard E.Boser教授首先实现了三轴加速度计的低阶∑ΔM闭环控制系统；2004年还是美国加州大学伯克利分校的Bernhard E.Boser教授提出了微机械加速度计的四阶∑ΔM闭环控制系统；2005年英国南安普顿大学Michael Kraft教授提出并实现了微机械加速度计的五阶∑ΔM闭环控制系统。但是以往的的微机械加速度计∑ΔM闭环控制系统的噪声整形阶数比较低，从而使得检测输出加速度信号的信噪比SNR较低，影响检测精度。

发明内容

为了克服现有技术中系统信噪比SNR比较低的问题，本发明提出了一种微机械加速度计的高阶连续低通∑ΔM闭环控制电路能够提高系统检测加速度信号的信噪比SNR，从而提高系统的精度。

参阅图1，本发明提出的微机械加速度计的高阶连续低通sigma-delta闭环控制电路，由前置全差分电荷放大器2，高通滤波器3，二极管4，低通滤波器5，全差分放大电路6，相位补偿电路7，积分电路Ⅰ8，积分电路Ⅱ9，积分电路Ⅲ10，积分电路Ⅳ11，数字转换电路12，模拟开关13组成；载波信号V_c(t)加载到微机械加速度计1的中心质量块上，当由外界产生加速度信号的时候，微机械加速度计1检测电极的电容变化产生变化的电流信号i(t)经过频率为f₁的高频载波V_c(t)调制到高频段，调制信号经过前置全差分电荷放大器2将电流信号转换为电压信号V_i(t)和V′_i(t)；V_i(t)和V′_i(t)经过高通滤波器3将低频干扰信号去除得到V_i2(t)和V′_i2(t)，例如50Hz工频信号；高通滤波器3的截止频率f_c1满足：f_c1＜f₁；V_i2(t)和V′_i2(t)再经过由二极管4和低通滤波器5组成的解调电路进行解调和滤波，低通滤波器5的截止频率f_c2满足：f_c2＜f₁；解调和滤波后的信号进入增益为G₁的全差分放大电路6对其做进一步的全差分放大得到V_i3(t)和V′_i3(t)；相位补偿电路7对V_i3(t)和V′_i3(t)进行一定的相位移动使得整个闭环控制回路的相移不等于2nπ，防止自激振荡；移相后得到信号V_i4(t)和V′_i4(t)依次经过积分电路Ⅰ8，积分电路Ⅱ9，积分电路Ⅲ10和积分电路Ⅳ11得到V_i5(t)和V′_i5(t)；再进入数字转换电路12，其包括比较器14和D触发器15，比较器14对V_i5(t)和V′_i5(t)两路信号进行比较，产生高低电平的数字比较信号b′(t)，D触发器15对b′(t)进行采样和量化;最终输出数字脉宽密度调制信号b(t)；b(t)用于控制模拟开关13将反馈电压V_fb加载到微机械加速度计1的反馈电极上。

本发明的有益效果是：闭环回路中的积分电路Ⅰ8，积分电路Ⅱ9，积分电路Ⅲ10，积分电路Ⅳ11与微机械加速度计一起构成六阶噪声整形滤波器，抑制系统噪声，提高信噪比SNR。

附图说明