[发明专利]Σ-Δ闭环加速度计接口电路中的低噪声前置补偿电路

说明书

技术领域

本发明适用于MEMS惯性器件领域，涉及一种Σ-Δ闭环加速度计接口电路。

背景技术

MEMS是在微电子技术的基础上发展起来的，利用微电子的硅微细加工技术制作微型机械结构，并结合集成电路实现各种微型器件的一种技术。在MEMS惯性器件领域，将MEMS工艺和IC工艺相结合，综合二者的优势，电容式微加速度计就是典型的MEMS惯性器件。由于其体积小、功耗低以及便于批量生产等优点，因此，广泛应用于消费电子产品、汽车工业。并且微加速度计能达到相当高的精度与稳定性，在军事装备以及航空航天领域中占有举足轻重的地位。

目前的前置补偿电路开关较多，增加了工作时的开关噪声，开关在关断状态与导通状态之间切换时，由于非理想因素的存在，会出现沟道电荷注入与时钟馈通现象，降低信号采样的精度，而且电路对输入信号有衰减，需要在后级加入比例放大电路，增大了系统的功耗与芯片面积，另其电路没有噪声消除部分，系统的信噪比会相应降低。

采用Σ-Δ技术的微加速度计，基于过采样技术和噪声整形技术，大大降低了系统噪声，改善了系统的信噪比，实现了高精度，并且能够提供数字信号输出，无需加入额外的模数转换器，降低了功耗与电路复杂度，因而应用前景十分广阔。目前，为了进一步提高Σ-Δ微机械加速度计的精度，机械结构使用特殊结构，并采用真空封装，大大降低了表头的机械噪声。在接口电路中，多采用高阶系统与补偿电路相结合，提升噪声整形能力，以提高系统信噪比，但随之而来的系统功耗增加与稳定性问题也是一个挑战。斩波稳定技术是将低频的噪声和失调电压利用一个高频交流调制信号调制到高频后再进行滤波。不仅可以消除放大器因失调电压造成的非线性，且能有效地抑制器件噪声。

发明内容

本发明目的是为了解决目前在Σ-Δ加速度计接口电路中，由于采用高阶系统设计而导致的稳定性变差，以及传统前置补偿电路后级按比例放大部分的运算放大器低频工作时相对较高的闪烁噪声与电压失调的问题，提供了一种Σ-Δ闭环加速度计接口电路中的低噪声前置补偿电路。

本发明由开关S11n、开关S12n、开关S13n、开关S21n、开关S22n、开关S23n、开关S11p、开关S12p、开关S13p、开关S21p、开关S22p、开关S23p、开关S1n、开关S2n、开关S3n、开关S1p、开关S2p开关S3p、开关S1nd、开关S2nd、开关S1pd、开关S2pd、电容C1n、电容C2n、电容C3n、电容C1p、电容C2p、电容C3p、运算放大器OP组成；开关S11n的一端与输入信号Xinp相连；开关S11n的另一端同时与开关S21n的一端、电容C2n的一端、电容C1n的一端相连；开关S21n的另一端接地；电容C1n的另一端同时与开关S22n的一端、开关S12n的一端相连；电容C2n的另一端同时与开关S13n的一端、开关S23n的一端相连；开关S12n另一端接地；开关S23n的另一端接地；开关S22n的另一端、开关S13n的另一端同时与开关S1n的一端、开关S2p的一端、开关S3n的一端、电容C3n的一端相连；开关S11p的一端与输入信号Xinn相连；开关S11p的另一端同时与开关S21p的一端、电容C2p的一端、电容C1p的一端相连；开关S21p的另一端连接接地；电容C1p的另一端同时与开关S22p的一端、开关S12p的一端相连；电容C2p的另一端同时与开关S13p的一端、开关S23p的一端相连；开关S12p另一端接地；开关S23p的另一端接地；开关S22p的另一端、开关S13p的另一端同时与开关S1p的一端、开关S2n的一端、开关S3p的一端、电容C3p的一端相连；开关S1n的另一端、开关S2n的另一端同时与运算放大器的OP的反向输入端相连；开关S1p的另一端、开关S2p的另一端同时与运算放大器的OP的正向输入端相连；运算放大器的正向输出端分别与开关S1nd的一端、开关S2pd的一端相连；运算放大器的反向输出端分别与开关S1pd的一端、开关S2nd的一端相连；开关S3n的另一端、电容C3n的另一端、开关S1nd的另一端、开关S2nd的另一端同时相连为整个电路的输出端Youtp；开关S3p的另一端、电容C3p的另一端、开关S1pd的另一端、开关(S2pd)的另一端同时相连为整个电路的输出端Youtn； 相位补偿电路实现的离散域传递函数如式1所示：

        式1