[发明专利]一种用于容栅式角位移传感器的ASIC接口

说明书

本发明涉及一种用于容栅式角位移传感器的ASIC接口，该ASIC接口包括直流电容对消阵列、C‑V转换器、谐振器、量化器、有数字信号控制的电容反馈阵列和数字解调滤波模块；所述直流电容对消阵列用于抵消检测电容中的直流量C₀；C‑V转换器用于将检测电容信号经过C‑V转换为成比例的电压信号；谐振器用于将所述C‑V转换器输出的电压信号进行带通Σ‑Δ调制；量化器用于将所述谐振器输出的信号转换成位流信号；所述数字信号控制的电容反馈阵列用于根据所述量化器输出的位流信号调节所述C‑V转换器输入信号的动态范围；数字解调滤波电路用于将所述量化器输出的位流信号经过数字解调输出传感器测量信号的数字量。

技术领域

本发明是关于一种用于容栅式角位移传感器的ASIC(专用集成电路)接口，涉及传感技术领域。

背景技术

容栅式角位移传感器运用广泛，随着近年来自主导航微终端、小型无人艇、各种无人机、机器人等技术的快速发展，这些应用对超小型角度传感器的年需求量在百万只以上，普通角度传感器在体积、成本和功耗上都难于满足这些应用的迫切需求，因此微型低成本高精度电容式角度传感器具有很大的市场发展前景，主要有：1)用于无人机、小型机器人、高精度稳定平台的角度测量，显著降低体积、功耗和成本，可批量替代各类光栅传感器及感应同步器；2)可用于环境恶劣的装备应用条件，例如冲击、振动等环境；3)用于各类小型控制电机的角度传感元件，大幅降低成本，个别厂家需求量达到20万套/年。

在容栅式传感器中角度信号被编码到四路电容的变化上面：

式中，C_S+C_S-是同相信号，C_C+C_C-是正交信号，C₀是直流量，ΔC是旋转角度改变量的幅度，φ是电周期角度，θ是机械周期角度，且满足θ＝φ/N。通常情况下的处理流程是使用四路C-V变换模块得到四路电压信号，然后两路同相信号做差，两路正交信号做差得到和旋转变压器相同的信号输出：

但是在实际中因为C₀的存在，在C-V转换时，电源的很大一部分电压作用到了对测量精度提高没有意义的C₀上，导致需要很高的电源电压才能实现高的电容分辨率，一般的微型容栅式传感器尺寸都在15mm左右，检测电容为0.5pf量级，对于一般的分离器件很难在小体积、低功耗的情况下实现高精度测量；此外目前的测量方式均采用直流ADC采样的工作模式，对于低频传感器的噪声非常敏感，很难实现高精度测量。基于以上两个缺点提出了我们的面向微小型容栅式角位移传感器的专用接口电路设计方案。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于容栅式角位移传感器的ASIC接口，能够在低功耗、低电压情况下实现电容的高精度检测。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于容栅式角位移传感器的ASIC接口，其特征在于，该ASIC接口包括直流电容对消阵列、C-V转换器、谐振器、量化器、有数字信号控制的电容反馈阵列和数字解调滤波模块；所述直流电容对消阵列用于抵消检测电容中的直流量C₀；所述C-V转换器用于将检测电容信号经过C-V转换为成比例的电压信号；所述谐振器用于将所述C-V转换器输出的电压信号进行带通Σ-Δ调制；所述量化器用于将所述谐振器输出的信号转换成位流信号；所述数字信号控制的电容反馈阵列用于根据所述量化器输出的位流信号调节所述C-V转换器输入信号的动态范围；所述数字解调滤波电路用于将所述量化器输出的位流信号经过数字解调输出传感器测量信号的数字量。

优选地，所述直流电容对消阵列包括若干个抵消电容及分别与之串联的开关，每一所述开关的控制端与外界的数字信号对应连接，每一所述抵消电容一端连接与传感器载波同频反相的载波，每一所述抵消电容的另一端经所述开关与检测电容的一端连接后接入所述C-V转换器的输入端。