CN102809670A - 加速度传感器的单片开环集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加速度传感器的单片开环集成电路，其包括电荷放大器、整流器、低通滤波器、缓冲器、内部振荡器、EEPROM及编码控制模块。电荷放大器与加速度传感器的输出端相连接；整流器与电荷放大器的输出端相连接；低通滤波器与整流器的输出端相连接；缓冲器与低通滤波器的输出端相连接；内部振荡器产生内部工作时钟信号和加于加速度传感器中的敏感结构上的两个载波信号；EEPROM及编码控制模块产生上述各部分的编码控制信号。本发明的单片开环集成电路适用于加速度传感器，其可以很好的改善加速度传感器的零位漂移和温度特性，克服了现有的传感器接口电路的缺陷。

Description

加速度传感器的单片开环集成电路

技术领域

本发明涉及一种应用于加速度传感器中以对其信号进行处理的开环集成电路。

背景技术

加速度计是用以感受输出与载体运动加速度（或比力）成一定函数关系的电信号测量装置，是惯性导航系统回路中确定载体速度、位置及超过距离等导航参数的基本元件，也是实现平台初始对准不可缺少的部分。其工作原理以牛顿经典力学为基础，所以加速度计也叫惯性元件。

目前，基于制造方法，加速度计可以划分为两大类：体材料加工得到的微机械器件和表面薄膜加工得到的微机械器件。体电容式加速度计相比于表面薄膜电容式加速度计有较高的灵敏度和较低的噪声。但是表面微机械技术的优势是相对低的制造成本，同时也能容易地实现MEMS和信号检测电路的单片集成。如今主流的加速度检测技术有：电容检测技术、压阻检测技术以及隧道效应电流检测技术。相比于后两种技术，电容检测在以下几点有突出的优势：低的温度系数、低功耗、良好的噪声性能，低的制造成本以及可以和现有的VLSI技术兼容性。这一系列的优势使基于电容检测技术加速度计有着巨大的市场潜力，也使这方面的研究成为热点。欧美发达国家在微加速度计的研究方面取得了重要成果，实现了敏感结构与接口电路的单片集成或双片集成，大大降低了加速度计的尺寸，提高了性能。尽管近年来我国加大了微加速度计集成电路接口研究，但研究明显滞后，目前国内单位的研究还主要停留在单纯传感器和接口电路的PCB的研制上，很少有实现接口电路的ASIC集成。

发明内容

本发明的目的是提供一种是用于加速度传感器、可改善加速度传感器的零位漂移和温度特性的单片开环集成电路。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种加速度传感器的单片开环集成电路，应用于加速度传感器中以对其进行信号处理，其包括

电荷放大器，所述的电荷放大器与所述的加速度传感器的输出端相连接，并完成电荷-电压转换；

整流器，所述的整流器与所述的电荷放大器的输出端相连接，所述的整流器将所述的电荷放大器的输出信号转变为正向输出信号；

低通滤波器，所述的低通滤波器与所述的整流器的输出端相连接，所述的低通滤波器对所述的正向输出信号中的载波信号滤除；

缓冲器，所述的缓冲器与所述的低通滤波器的输出端相连接，所述的缓冲器将所述的低通滤波器的输出信号缓冲输出；

内部振荡器，所述的内部振荡器产生所述的内部工作时钟信号和加于所述的加速度传感器中的敏感结构上的两个载波信号；

EEPROM及编码控制模块，所述的EEPROM及编码控制模块产生上述各部分的编码控制信号。

优选的，所述的低通滤波器包括依次相连接的第一滤波器和第二滤波器。

优选的，所述的电荷放大器包括第三电容、第五运放。

优选的，所述的整流器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运放、第二运放、选择器、第一电容、第一开关、第二开关；

所述的第一电阻的第一端与所述的电荷放大器的输出端相连接，所述的第一电阻的第二端与所述的第一运放的反向端相连接；所述的第二电阻的第一端与所述的第一运放的反向端相连接，所述的第二电阻的第二端与所述的第一运放的输出端相连接；所述的第三电阻的第一端与所述的第二电阻的第二端相连接，所述的第三电阻的第二端与所述的第二运放的反向端相连接；所述的第四电阻的第一端与所述的第二运放的输出端相连接，所述的第四电阻的第二端与所述的第二运放的反向端相连接；所述的第一开关的一端与所述的第一运放的输出端相连接，所述的第一开关的另一端与所述的第五电阻的第一端相连接；所述的第二开关的一端与所述的第二运放的输出端相连接，所述的第二开关的另一端与所述的第五电阻的第一端相连接；所述的第五电阻的第二端与所述的整流器的输出端相连接；所述的第一电容的一端与所述的整流器的输出端相连接，所述的第一电容的另一端接地；所述的选择器控制所述的第一开关和所述的第二开关。

优选的，所述的低通滤波器包括第三运放、第六电阻、第七电阻、第二电容、第三开关；

所述的第六电阻的第一端与所述的整流器的输出端相连接，所述的第六电阻的第二端与所述的第三运放的反向端相连接；所述的第七电阻的第一端与所述的第三运放的反向端相连接，所述的第七电阻的第二端与所述的第三运放的输出端相连接；所述的第二电容的一端与所述的第三运放的反向端相连接，所述的第二电容的另一端与所述的第三运放的输出端相连接；所述的第三开关的一端与所述的第三运放的反向端相连接，所述的第三开关的另一端与所述的第三运放的输出端相连接；所述的编码控制模块控制所述的第二电容的大小。

优选的，所述的缓冲器包括第八电阻、第九电阻、第四运放；

所述的第八电阻的第一端与所述的低通滤波器的输出端相连接，所述的第八电阻的第二端与所述的第四运放的反向端相连接；所述的第九电阻的第一端与所述的第四运放的反向端相连接，所述的第九电阻的第二端与所述的第四运放的输出端相连接；所述的编码控制模块分别控制所述的第八电阻的阻值和所述的第九电阻的阻值。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的单片开环集成电路适用于加速度传感器，其可以很好的改善加速度传感器的零位漂移和温度特性，克服了现有的传感器接口电路的缺陷。

附图说明

附图1为本发明的加速度传感器的单片开环集成电路的电路图。

附图2为本发明的加速度传感器的单片开环集成电路的整流器的电路图。

附图3为本发明的加速度传感器的单片开环集成电路的低通滤波器的电路图。

附图4为本发明的加速度传感器的单片开环集成电路的缓冲器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图1所示。

一种加速度传感器的单片开环集成电路，应用于加速度传感器中以对其进行信号处理，其包括电荷放大器、整流器、低通滤波器、缓冲器、内部振荡器、EEPROM及编码控制模块。

电荷放大器与加速度传感器的输出端相连接，用于完成电荷-电压（C-V）转换。整流器与电荷放大器的输出端相连接，整流器将电荷放大器的输出信号转变为正向输出信号。低通滤波器与整流器的输出端相连接，其包括依次相连接的第一滤波器和第二滤波器，低通滤波器对正向输出信号中的载波信号滤除。缓冲器与低通滤波器的输出端相连接，缓冲器将低通滤波器的输出信号缓冲输出。内部振荡器产生内部工作时钟信号和加于加速度传感器中的敏感结构上的两个载波信号SHI和SLO。EEPROM及编码控制模块产生上述各部分的编码控制信号。

电荷放大器包括第三电容、第五运放。

参见附图2所示，整流器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运放OP1、第二运放OP2、选择器、第一电容C1、第一开关K1、第二开关K2。

第一电阻R1的第一端与电荷放大器的输出端相连接，第一电阻R1的第二端与第一运放OP1的反向端相连接；第二电阻R2的第一端与第一运放OP1的反向端相连接，第二电阻R2的第二端与第一运放OP1的输出端相连接；第三电阻R3的第一端与第二电阻R2的第二端相连接，第三电阻R3的第二端与第二运放OP2的反向端相连接；第四电阻R4的第一端与第二运放OP2的输出端相连接，第四电阻R4的第二端与第二运放OP2的反向端相连接；第一开关K1的一端与第一运放OP1的输出端相连接，第一开关K1的另一端与第五电阻R5的第一端相连接；第二开关K2的一端与第二运放OP2的输出端相连接，第二开关K2的另一端与第五电阻R5的第一端相连接；第五电阻R5的第二端与整流器的输出端相连接；第一电容C1的一端与整流器的输出端相连接，第一电容C1的另一端接地；选择器控制第一开关K1和第二开关K2。

参见附图3所示，低通滤波器包括第三运放OP3、第六电阻R6、第七电阻R7、第二电容CBW1、第三开关K3.

第六电阻R6的第一端与整流器的输出端相连接，第六电阻R6的第二端与第三运放OP3的反向端相连接；第七电阻R7的第一端与第三运放OP3的反向端相连接，第七电阻R7的第二端与第三运放OP3的输出端相连接；第二电容CBW1的一端与第三运放OP3的反向端相连接，第二电容CBW1的另一端与第三运放OP3的输出端相连接；第三开关K3的一端与第三运放OP3的反向端相连接，第三开关K3的另一端与第三运放OP3的输出端相连接；编码控制模块控制第二电容CBW1的大小。

参见附图4所示，缓冲器包括第八电阻R8、第九电阻R9、第四运放OP4。

第八电阻R8的第一端与低通滤波器的输出端相连接，第八电阻R8的第二端与第四运放OP4的反向端相连接；第九电阻R9的第一端与第四运放OP4的反向端相连接，第九电阻R9的第二端与第四运放OP4的输出端相连接；编码控制模块分别控制第八电阻R8的阻值和第九电阻R9的阻值。

该加速度传感器的单片开环集成电路具有很普遍的适应性，能广泛应用于各种工艺条件下，具有广泛的应用前景。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种加速度传感器的单片开环集成电路，应用于加速度传感器中以对其进行信号处理，其特征在于：其包括

电荷放大器，所述的电荷放大器与所述的加速度传感器的输出端相连接，并完成电荷-电压转换；

整流器，所述的整流器与所述的电荷放大器的输出端相连接，所述的整流器将所述的电荷放大器的输出信号转变为正向输出信号；

低通滤波器，所述的低通滤波器与所述的整流器的输出端相连接，所述的低通滤波器对所述的正向输出信号中的载波信号滤除；

缓冲器，所述的缓冲器与所述的低通滤波器的输出端相连接，所述的缓冲器将所述的低通滤波器的输出信号缓冲输出；

内部振荡器，所述的内部振荡器产生所述的内部工作时钟信号和加于所述的加速度传感器中的敏感结构上的两个载波信号；

EEPROM及编码控制模块，所述的EEPROM及编码控制模块产生上述各部分的编码控制信号。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器的单片开环集成电路，其特征在于：所述的低通滤波器包括依次相连接的第一滤波器和第二滤波器。

3.根据权利要求1或2所述的加速度传感器的单片开环集成电路，其特征在于：所述的电荷放大器包括第三电容、第五运放。

4.根据权利要求1或2所述的加速度传感器的单片开环集成电路，其特征在于：所述的整流器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运放、第二运放、选择器、第一电容、第一开关、第二开关；

所述的第一电阻的第一端与所述的电荷放大器的输出端相连接，所述的第一电阻的第二端与所述的第一运放的反向端相连接；所述的第二电阻的第一端与所述的第一运放的反向端相连接，所述的第二电阻的第二端与所述的第一运放的输出端相连接；所述的第三电阻的第一端与所述的第二电阻的第二端相连接，所述的第三电阻的第二端与所述的第二运放的反向端相连接；所述的第四电阻的第一端与所述的第二运放的输出端相连接，所述的第四电阻的第二端与所述的第二运放的反向端相连接；所述的第一开关的一端与所述的第一运放的输出端相连接，所述的第一开关的另一端与所述的第五电阻的第一端相连接；所述的第二开关的一端与所述的第二运放的输出端相连接，所述的第二开关的另一端与所述的第五电阻的第一端相连接；所述的第五电阻的第二端与所述的整流器的输出端相连接；所述的第一电容的一端与所述的整流器的输出端相连接，所述的第一电容的另一端接地；所述的选择器控制所述的第一开关和所述的第二开关。

5.根据权利要求1或2所述的加速度传感器的单片开环集成电路，其特征在于：所述的低通滤波器包括第三运放、第六电阻、第七电阻、第二电容、第三开关；

所述的第六电阻的第一端与所述的整流器的输出端相连接，所述的第六电阻的第二端与所述的第三运放的反向端相连接；所述的第七电阻的第一端与所述的第三运放的反向端相连接，所述的第七电阻的第二端与所述的第三运放的输出端相连接；所述的第二电容的一端与所述的第三运放的反向端相连接，所述的第二电容的另一端与所述的第三运放的输出端相连接；所述的第三开关的一端与所述的第三运放的反向端相连接，所述的第三开关的另一端与所述的第三运放的输出端相连接；所述的编码控制模块控制所述的第二电容的大小。

6.根据权利要求1所述的加速度传感器的单片开环集成电路，其特征在于：所述的缓冲器包括第八电阻、第九电阻、第四运放；

所述的第八电阻的第一端与所述的低通滤波器的输出端相连接，所述的第八电阻的第二端与所述的第四运放的反向端相连接；所述的第九电阻的第一端与所述的第四运放的反向端相连接，所述的第九电阻的第二端与所述的第四运放的输出端相连接；所述的编码控制模块分别控制所述的第八电阻的阻值和所述的第九电阻的阻值。

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