[实用新型]一种电荷调制器加速度计电容检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及加速度计研究领域，具体地，涉及一种电荷调制器加速度计电容检测装置。

背景技术

当前加速度计广泛应用于汽车、工业自动化、航空航天及其它众多领域。相比于压阻式加速度计，电容式加速度计以其低温度灵敏性而大受欢迎。另外，和模拟加速度计相比，数字加速度计具有无需额外的ADC就可以直接进行误差矫正和补偿的优势成为主流选择。

如图2是传统的数字加速度计电容检测电路结构。传统的数字加速度计电容检测电路有两个重要的模块，电容-电压转化器(C/V)及其后级的电压-数字转换器(V/D)。但是这种组合存在着三个主要的缺点：第一，转换为电压这种方式很容易受环境因素(如温度)，以及电路自身噪声的影响；第二，在大多数的电容检测电路中，C/V模块都消耗着相当多的功耗，因为它需要较大的带宽和很高的增益以实现低噪声的输出，这是低功耗设计很不希望的。第三，由于在MEMS制造过程中会存在大的工艺偏差，传感器敏感结构的基础电容可能会有很大变化，这将会给前端C/V设计带来很大的难题。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实用新型技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的加速度计电容检测电路存在容易受到环境和自身因素影响，且功耗较高，不便于补偿的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电荷调制器加速度计电容检测装置，解决了现有的加速度计电容检测电路存在容易受到环境和自身因素影响，且功耗较高，不便于补偿的技术问题，实现了装置设计合理，不易受到环境和自身的影响，检测结果准确，且功耗较低的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种电荷Sigma-Delta调制器加速度计电容检测装置，所述装置包括：

敏感结构电容模块、载波发生模块、基础电容补偿模块、输入共模补偿模块、开关电容积分器模块、一位的数模转换模块、加法器模块、后端数字处理与补偿模块、数字处理与补偿参数调整模块、电路串行输出模块；输入共模补偿模块包括：输入共模补偿+、输入共模补偿-；一位的数模转换模块包括：D/A1和D/A2；加法器模块包括：add1、add2、add3、add4；其中，敏感结构电容模块的检测端口Vst连接加法器add1的输入正端口，另一检测端Vsb连接加法器模块add2的输入正端口；开关电容积分器模块中的多个积分器连接成多级开关电容Sigma-Delta调制器；基础电容补偿模块连接在Vst端与Vsb端之间；输入共模补偿+的输入为Sigma Delta调制器结构的中间级输出C，输出连接到加法器add3的输入正端口；输入共模补偿-的输入为Sigma Delta调制器结构的中间级输出D，输出连接到加法器add4的输入正端口；C连接Sigma Delta调制器结构中第一级开关电容积分器的正输出端，D连接Sigma Delta调制器结构中第一级开关电容积分器的负输出端口；载波发生模块连接到敏感结构电容模块的Vctr端；D/A1的输入为调制器数字输出流，输出连接到加法器add3的输入正端口， D/A2的输入为调制器数字输出流，输出连接到加法器add4的输入正端口；加法器add3的输出连接到add1输入负端口，加法器add4的输出连接到add2输入负端口；加法器add1的输出连接到Sigma-Delta调制器的输入A，加法器add2的输出连接到Sigma-Delta调制器的输入B；A连接Sigma Delta调制器器结构中第一级开关电容积分器的负输入，B连接Sigma Delta 调制器结构第一级开关电容积分器的正输入端；后端数字处理与补偿模块的输入为一位的数模转换模块的数字输出流，输出送入到电路串行输出模块，将数字结果传送出去。

进一步的，敏感结构电容模块用于将外界加速度信号转换为电容的变化量；载波发生模块用于产生方波信号对加速度计敏感结构电容进行充放电；基础电容补偿模块用于补偿加速度计敏感结构的基础电容；输入共模补偿模块用于检测第一级开关电容积分器输出共模量并反馈到开关电容积分器；开关电容积分器模块用于对输入差值进行积分；一位的数模转换模块用于将调制器的数字输出转换为电压反馈到第一级开关电容积分器，加法器模块用于完成电荷的加减运算；后端数字处理与补偿模块用于对一位的数字输出流做数字处理与补偿；数字处理与补偿参数调整模块用于对数字处理与补偿电路进行参数调试；电路串行输出模块用于将装置的检测结果串行输出。