[发明专利]用于MEMS传感器的低功耗接口电路

说明书

本发明公开了一种用于MEMS传感器的低功耗接口电路，低功耗接口电路包括依次电连接的压控振荡单元、波形转换单元和频率电压转换单元，MEMS传感器用于采集外部设备的物理参量，并将物理参量的变化值转换为电容变化值ΔC或电感变化值ΔL，压控振荡单元用于将电容变化值ΔC或电感变化值ΔL转换为频率变化值ΔF，波形转换单元用于将频率变化值ΔF转换为时间周期变化值ΔT，频率电压转换单元用于依据时间周期变化值ΔT，呈时间周期变化地输出测量电压VO；本发明的电路结构简单，对工作环境要求较低，且能够对测量的灵敏度、动态范围和标称点进行灵活调节，有效在单一低功耗接口电路上满足对MEMS传感器为电容式传感器或电感式传感器的测量。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，尤其涉及一种用于MEMS传感器的低功耗接口电路。

背景技术

MEMS传感器已广泛出现在各种日常电器设备中，MEMS传感器包括电容式传感器和电感式传感器。其中，电容式传感器主要应用于位移、角度、振动、速度、压力、成分分析、介质特性等方面的测量。电容式传感器基本上是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测物理量或机械量转换成为电容量变化，等同一个可变的电容器。电容传式感器的缺点是需要确保被测环境没有污染，如灰尘，油污和水，因为这些因素会改变介电常数，从而改变测量结果。此外，由于电容式传感器的电容与电极之间的距离关系是非线性关系，寄生电容大，输出阻抗高，需要依赖补偿电路对输出进行多种环境因素如电压、温度、湿度、等的补偿。

而电感式传感器主要应用于近距离定位金属物体，广泛应用于汽车制造、机器人等行业中。电感式传感器是利用线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置，其结构简单，无活动电触点，工作寿命长，而且灵敏度和分辨力高，输出信号强，线性度和重复性都比较好，能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，可以测量位移、振动、压力流量、比重等参数。

电容式或电感式传感器的接口电路主要有两种：基于放大器和基于调制的配置。基于放大器的电路可以概括为三类：交流电桥、跨阻和开关电容器。这些电路提供与传感器电容变化成比例的放大电压变化。然而，各种噪声源如：闪烁噪声、热噪声、基板噪声耦合、等和寄生电容，对传感器的读出范围和分辨率构成一定的影响。

带调制电路的传感器接口电路可以有效降低电路中的噪声和直流偏移的噪声水平。调制电路有多种：Σ-Δ转换器、逐次逼近模数转换器、斩波调制等。Σ-Δ转换器需要较高速的模拟电路，因为采样率远高于有效带宽，此外，电容器的电压相关非线性效应也导致较低的信噪比；逐次逼近模数转换器使用搜索算法，将传感器模拟信号与从数模转换器顺序生成的模拟信号进行比较，然而这种设计需要较高比特数的模数转换器；斩波调制是一种以方波为载波信号的调幅技术，把传感器信号移至更高的频率来抑制噪声，然后对放大的调制信号进行解调，通过低通滤波器恢复原始信号，但这方法需要精准的偏移和噪声补偿才能获得较好的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于MEMS传感器的低功耗接口电路，其电路结构简单，对工作环境要求较低，且能够对测量的灵敏度、动态范围和标称点进行灵活调节，有效在单一低功耗接口电路上满足对MEMS传感器为电容式传感器或电感式传感器的测量。

为了实现上有目的，本发明公开了一种用于MEMS传感器的低功耗接口电路，所述低功耗接口电路包括依次电连接的压控振荡单元、波形转换单元和频率电压转换单元，MEMS传感器用于采集外部设备的物理参量，并将所述物理参量的变化值转换为电容变化值ΔC或电感变化值ΔL，所述压控振荡单元用于将所述电容变化值ΔC或电感变化值ΔL转换为频率变化值ΔF，所述波形转换单元用于将所述频率变化值ΔF转换为时间周期变化值ΔT，所述频率电压转换单元用于依据所述时间周期变化值ΔT，呈时间周期变化地输出测量电压VO。