[发明专利]一种MEMS传感器控制器电路

说明书

本发明涉及MEMS技术领域，特别是涉及一种MEMS传感器控制器电路，包括：检测单元，将来自MEMS传感器的原始模拟信号转换为模拟电压信号；模数转换单元，将所述模拟电压信号转换为数字信号：环路滤波单元，用于调节控制电路系统参数；量化单元，用于转换数字信号位宽；反馈单元，用于产生反馈信号，调节MEMS传感元件。机械零点调节单元，用于接收量化单元和模数转换单元输出的信号，调节系统参数。本发明通过引入机械零点调节单元以及对环路滤波单元的改进实现了MEMS传感器系统全自由度的辨识和可调，在增加系统稳定性的同时提高了系统精度。

技术领域

本发明涉及MEMS技术领域，特别是涉及一种MEMS传感器控制器电路。

背景技术

MEMS技术是在传统半导体工艺的基础上发展而来，MEMS传感器具有体积小、能耗低等优点，在医疗、汽车、物联网等领域具有广泛应用。

MEMS传感器通常由敏感检测单元、控制电路以及封装外壳等结构构成。现有MEMS传感器控制电路从结构分为闭环结构和开环结构，从输出信号分为模拟信号输出和数字信号输出。开环结构的传感器控制电路在稳定性、线性度和动态范围等性能上都不如闭环结构的控制电路；数字信号输出的控制电路方便后续处理，如信号处理，储存，传输都比模拟信号方便，同时数字信号抗干扰能力更强。

MEMS传感器所采集到的原始信号为模拟信号，为了实现数字信号输出，本发明人在CN201610876016专利中，通过在闭环回路中嵌入低精度ADC，实现了部分控制电路的数字化。但是数字闭环控制电路在起到检测信号，将传感器感知的物理量转换成数字电信号功能的同时，还要对闭环系统进行控制，保证闭环系统的稳定性。由于MEMS传感元件将感知的物理量转换成电信号时，往往存在中间的物理量，而这些中间的物理量发生在传感元件内部，数字闭环控制电路不能直接得到，甚至无法得到，这样在设计数字闭环伺服控制系统时，就丢失了一些自由度，给闭环系统的设计带来困难。

发明内容

本发明实施例提供一种MEMS传感器控制器电路，包括

检测单元，用于接收来自MEMS传感器的原始模拟信号，将其转换为模拟电压信号；模数转换单元，用于接收检测单元输出的信号，将所述模拟电压信号转换为数字信号：环路滤波单元，用于接收模数转换单元和量化单元输出的信号，调节控制电路系统参数；量化单元，用于接收环路滤波单元输出的信号，并转换数字信号位宽；反馈单元，用于接收量化单元输出的信号，产生反馈信号，调节MEMS传感元件。机械零点调节单元，用于接收量化单元和模数转换单元输出的信号，调节系统参数。

在一种实施例中，所述模数转换单元是逐次逼近型模数转换器。

在一种实施例中，所述环路滤波单元包括数字积分器、数字乘法器和数字加法器。

在一种实施例中，所述量化单元转换后的数字信号位宽小于6-bit。

在一种实施例中，所述反馈单元包括数模转换单元和开关单元。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明通过引入机械零点调节单元，实现了对传感元件位移信号的提取，同时通过对环路滤波单元的改进，使得传统控制系统设计方法中丢失的设计自由度成为可控的量，这样在闭环系统设计时，可以不需要加入补偿器就能维持闭环系统的稳定性，简化了闭环系统的设计，避免加入的补偿器损害系统的其他性能。进一步的，本发明所述控制电路因为有足够的自由度来设计闭环系统，因此可设计出全局最优的系统，从而大幅度提高系统性能。进一步的，本发明将信号处理单元设置在闭环环路外，使得信号的处理不会影响闭环系统的稳定性，极大的缓和了闭环系统稳定性和系统其他性能的冲突，特别是对于含有高品质因数MEMS传感元件的闭环系统。

附图说明