[发明专利]电容式加速度计传感器的接口电路

说明书

本发明涉及用于电容式加速度传感器(3)的接口电路(5)，所述接口电路用于测量由传感器(3)感测的加速度值。接口电路(5)包括多个电气开关(S1‑S7)和三个可编程电容器(Cf，Cref，Cp)。其中两个可编程电容器(Cf，Cref)被布置成实现接口电路(5)的增益调整，而其中一个可编程电容器(Cp)被布置成实现加速度范围选择。

技术领域

本发明涉及一种用于电容式加速度计传感器的接口电路，其用于将从电容式加速度计传感器接收的电荷转换为用于给定应用的有用信号。本发明还涉及一种用于操作接口电路的方法。

背景技术

电容式加速度计是一种使用电容式感应技术测量(表面上的)加速度的加速度计装置。它可以感知和记录设备或装置上的加速度，并将此加速度转换为电流或电压。电容式加速度计有时也被称为振动传感器。它们包括用作连接到电子电路(也被称为接口电路)的电容式加速度计传感器的电容式微电子机械系统(MEMS)元件。当被电子电路供给时，MEMS元件将由于其加速度而产生的力转换为电信号，该电信号又被电子电路放大，并且转换为用于给定应用的有用信号(例如加速度的数字化表示)。在电容式MEMS加速度计中，存在加速度时MEMS电容的变化会产生电信号。电容式加速度计广泛用于计算和商业应用，例如汽车中的安全气囊展开传感器、人机交互设备和智能手机。

图1a和1b中所示的电路示出了电容式加速度计系统或装置1的一个示例，电容式加速度计系统或装置1被简称为电容式加速度计或加速度计。加速度计包括电容式加速度计传感器3和连接到电容式加速度计传感器3的模拟前端接口电路5。该示例中的传感器包括两个电容器，即具有第一电容c₁的第一电容器C1和具有第二电容c₂的第二电容器C2。第一电容器C1和第二电容器C2具有一个公共的可动电极，其被布置成当传感器3经受加速或减速时产生位移。该位移使得在c1和c2之间产生电容差，该电容差然后可以由接口电路5检测。

接口电路的操作可以分为三个主要操作阶段：自动归零(AZ)阶段、电荷转移(XFER)阶段和模拟-数字转换阶段。图1a显示了AZ阶段的电路配置，而图1b显示了XFER阶段的电路配置。如结合图2更好地解释的，模拟-数字转换阶段可以进一步分成两个子阶段，即输入跟踪阶段和逐次逼近寄存器(SAR)收敛阶段。电荷可以通过施加两个电压极性中的每一个电压极性的两个连续阶段(即，限定电荷转移时段或持续时间的第一阶段和第二阶段)——即AZ阶段和XFER阶段——而从电容式加速度计传感器3的可动电极收集。在AZ阶段期间，接口电路5的第一放大器7被重置。放大器的正输入节点连接到电压源VCM1，所述电压源VCM1在该示例中供给被称为共模电压V_cm的电压，而第一放大器7的负输入节点连接到传感器3。在XFER阶段期间，电荷被传送到第一放大器7，第一放大器7将这些电荷在放大器输出节点A_out处转换为输出电压值V_out。如图1a和1b所示，第一电容器C1连接到第二电压源12，而第二电容器C2连接到第三电压源13。这两个电压源12、13可以是可编程的，或者它们可以具有电源电压VDD或VSS的输出。如图1a所示，在AZ阶段期间，开关S11闭合，并且第一电容器C1连接到现正在供给正电源电压VDD的第二电压源12，而第二电容器C2连接到现在被设定为0V的第三电压源，即第三电压源13现在接地。如图1b所示，在XFER阶段期间，开关S11首先断开，第二电压源12被设定为0V，而第三电压源13现正在供给正电源电压VDD。在XFER阶段结束时，放大器输出节点A_out处的输出电压为

V_out＝VDD·(c₁-c₂)/c_f，

其中c_f是反馈电容器Cf的电容。