CN105004362A - 一种电容式传感器静电力驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电容式传感器静电力驱动装置，包括MCU模块、交流信号发生模块、直流偏压单元、程控放大单元、第一数据采集单元、第二数据采集单元与选择开关，程控放大单元由增益调节单元、第一仪表放大器与第二仪表放大器相连并构成增益可调的同相放大器与反相放大器；MCU模块分别控制交流信号发生模块与直流偏压单元产生交流信号与直流信号，并由增益调节单元进行增益调节；采用数据采集单元获取输入电容式传感器的双路驱动信号，并根据反馈值对同相放大器与反相放大器的输入信号进行调整修正，避免因增益过大或直流偏压不当导致的驱动信号失真现象，能够适应不同电容式传感器的要求，输出满足要求的各种静电力驱动信号，通用性强。

Description

一种电容式传感器静电力驱动装置
技术领域
本发明涉及微电子传感器技术领域，具体是一种电容式传感器静电力驱动装置。
背景技术
静电力驱动是电容式传感器应用最广泛、最典型的驱动方式之一，静电力驱动主要是利用物体间的静电力使得传感器内部敏感结构（即电容极板）运动，产生电容变化并送入后级信号处理电路。电容式传感器内部敏感结构常以串联形式的差分电容形式出现，其中两电容串接端为可动电极，分立端均为固定电极。静电力驱动信号为固定相位差、幅度相等且具有一定直流偏压的双路交流信号，分别施加在差动电容的两个固定电极上，差分电容变化量由可动电极输出，其中驱动信号直流偏压是可动电极与固定电极间的直流电压差。当施加在差动电容两个固定极板上的双路交流信号幅度相等、相位相反、且直流偏压相同时，施加在电容式传感器驱动电极上的静电驱动力的和该直流偏压成比例关系，传感器输出稳定。因此为了保证电容式传感器稳定输出，且能够按一定比例关系调整静电力大小，需严格要求施加在电容式传感器两固定极板上的双路反相等幅交流信号的直流偏压相等。
目前在针对静电力驱动的电容式传感器性能检测中，对于双路驱动信号具有相等大小的直流偏压成为必然条件，因此在不少论文和研究中也可以看到对于电容式传感器静电驱动时均采用了等偏置的交流信号。但是在目前的应用中往往只是针对某一特定的电容式传感器来设计静电力驱动装置，这种静电力驱动装置的交流驱动信号虽满足固定相位差、幅值相等、直流偏压相等的要求，但各参数设定均为固定值，输出信号状态恒定，然而目前电容式传感器结构呈现多样性，对于静电力驱动信号要求也存在差异，因此不具有通用性的静电力驱动装置已经满足不了需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电容式传感器静电力驱动装置，该装置能够适应不同电容式传感器的要求，输出满足要求的各种静电力驱动信号，通用性强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电容式传感器静电力驱动装置，包括：
a、MCU模块、交流信号发生模块、直流偏压单元、程控放大单元、第一数据采集单元、第二数据采集单元与选择开关，程控放大单元由增益调节单元、第一仪表放大器与第二仪表放大器相连构成，增益调节单元与第一仪表放大器构成增益可调的同相放大器，增益调节单元与第二仪表放大器构成增益可调的反相放大器；
b、所述MCU模块控制交流信号发生模块输出交流信号，MCU模块控制直流偏压单元输出直流信号；
c、交流信号发生模块输出的交流信号同时输入同相放大器与反相放大器的信号输入端，同相放大器的输出端与电容式传感器的正向驱动电极相连，反相放大器的输出端与电容式传感器的反向驱动电极相连；增益调节单元的输入端连接MCU模块、输出端同时连接同相放大器与反相放大器的增益输入端；
d、直流偏压单元输出的直流信号同时输入同相放大器与反相放大器的基准输入端；
e、第一数据采集单元与第二数据采集单元的输出接口分别连接MCU模块的输入接口，第二数据采集单元的输入接口连接反相放大器的输出端；
f、选择开关由MCU模块控制通断，选择开关的公共端与第一数据采集单元的输入接口相连，选择开关的常开触点连接电容式传感器的公共电极端，选择开关的常闭触点连接同相放大器的输出端。
本发明的有益效果是，MCU模块分别控制交流信号发生模块与直流偏压单元产生交流信号与直流信号，并由增益调节单元进行增益调节；采用数据采集单元获取输入电容式传感器的双路驱动信号，并根据反馈值对同相放大器与反相放大器的输入信号进行调整修正，避免因增益过大或直流偏压不当导致的驱动信号失真现象，能够适应不同电容式传感器的要求，输出满足要求的各种静电力驱动信号，通用性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的电路原理结构示意图。
具体实施方式
 如图1所示，本发明提供一种电容式传感器静电力驱动装置，包括：
a、MCU模块201、交流信号发生模块SEU、直流偏压单元DVCU、程控放大单元GAC、第一数据采集单元ADCU-A、第二数据采集单元ADCU-B与选择开关SW，程控放大单元GAC由增益调节单元GCU、第一仪表放大器AGU-A与第二仪表放大器AGU-B相连构成，增益调节单元GCU与第一仪表放大器AGU-A构成增益可调的同相放大器，增益调节单元GCU与第二仪表放大器AGU-B构成增益可调的反相放大器；
b、所述MCU模块201控制交流信号发生模块SEU输出交流信号，MCU模块201控制直流偏压单元DVCU输出直流信号；
c、交流信号发生模块SEU输出的交流信号同时输入同相放大器与反相放大器的信号输入端，同相放大器的输出端与电容式传感器101的正向驱动电极gdp相连，反相放大器的输出端与电容式传感器101的反向驱动电极相gdn连；增益调节单元GCU的输入端连接MCU模块201、输出端同时连接同相放大器与反相放大器的增益输入端；
d、直流偏压单元DVCU输出的直流信号同时输入同相放大器与反相放大器的基准输入端；
e、第一数据采集单元ADCU-A与第二数据采集单元ADCU-B的输出接口分别连接MCU模块201的输入接口，第二数据采集单元ADCU-B的输入接口连接反相放大器的输出端；
f、选择开关SW由MCU模块201控制通断，选择开关SW的公共端与第一数据采集单元ADCU-A的输入接口相连，选择开关SW的常开触点连接电容式传感器101的公共电极端Csum，选择开关SW的常闭触点连接同相放大器的输出端。
工作时，MCU模块201分别控制直流偏压单元DVCU与增益调节单元GCU输出初始值；MCU模块201控制交流信号发生模块SEU输出交流信号，该交流信号同时输入同相放大器与反相放大器的信号输入端，同相放大器与反相放大器的输出端输出相位相反的两路交流驱动信号，并分别施加在电容式传感器正向驱动电极gdp与反向驱动电极gdn上；根据电容式传感器101对驱动信号的幅度要求， MCU模块201控制增益调节单元GCU对交流信号的幅度进行调节，两路交流驱动信号幅度相等； MCU模块201控制选择开关SW的常开触点闭合，将电容式传感器公共电极Csum上的初始电平V0送入第一数据采集单元ADCU-A，再经由第一数据采集单元ADCU-A送入MCU模块201；MCU模块201以V0为基准控制直流偏压单元DVCU输出一相对于V0偏移量为Vdc的直流电平V，即V=V0+Vdc，Vdc即为影响回路中电容式传感器静电力大小的直流偏置电压；直流电平V被同时送入同相放大器与反相放大器的输入基准端，使同相放大器与反相放大器的输出信号具有相同的直流偏压；MCU模块201控制选择开关SW常开触点断开，同相放大器的输出信号经由选择开关SW的常闭触点送入第一数据采集单元ADCU-A，同时，反相放大器的输出信号送入第二数据采集单元ADCU-B,两个数据采集单元将采集得到的双路信号幅度数据最终送入MCU模块201；MCU模块201接收到两个数据采集单元反馈的数据后，判断双路信号是否出现饱和失真，如果出现饱和失真，则由MCU模块201控制增益调节单元GCU或直流偏压单元DVCU，对信号幅度与直流偏置进行调整，使同相放大器与反相放大器的输出信号最终满足电容式传感器静电驱动的要求。
本发明采用MCU模块分别控制交流信号发生模块与直流偏压单元产生交流信号与直流信号，并由增益调节单元进行增益调节；采用数据采集单元获取输入电容式传感器的双路驱动信号，并根据反馈值对同相放大器与反相放大器的输入信号进行调整修正，避免因增益过大或直流偏压不当导致的驱动信号失真现象，能够适应不同电容式传感器的要求，输出满足要求的各种静电力驱动信号，通用性强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种电容式传感器静电力驱动装置，其特征在于，所述装置包括：
a、MCU模块(201)、交流信号发生模块(SEU)、直流偏压单元(DVCU)、程控放大单元(GAC)、第一数据采集单元(ADCU-A)、第二数据采集单元(ADCU-B)与选择开关(SW)，程控放大单元(GAC)由增益调节单元(GCU)、第一仪表放大器(AGU-A)与第二仪表放大器(AGU-B)相连构成，增益调节单元(GCU)与第一仪表放大器(AGU-A)构成增益可调的同相放大器，增益调节单元(GCU)与第二仪表放大器(AGU-B)构成增益可调的反相放大器；
b、所述MCU模块(201)控制交流信号发生模块(SEU)输出交流信号，MCU模块(201)控制直流偏压单元(DVCU)输出直流信号；
c、交流信号发生模块(SEU)输出的交流信号同时输入同相放大器与反相放大器的信号输入端，同相放大器的输出端与电容式传感器(101)的正向驱动电极(gdp)相连，反相放大器的输出端与电容式传感器(101)的反向驱动电极(gdn)相连；增益调节单元(GCU)的输入端连接MCU模块(201)、输出端同时连接同相放大器与反相放大器的增益输入端；
d、直流偏压单元(DVCU)输出的直流信号同时输入同相放大器与反相放大器的基准输入端；
e、第一数据采集单元(ADCU-A)与第二数据采集单元(ADCU-B)的输出接口分别连接MCU模块(201)的输入接口，第二数据采集单元(ADCU-B)的输入接口连接反相放大器的输出端；
f、选择开关(SW)由MCU模块(201)控制通断，选择开关(SW)的公共端与第一数据采集单元(ADCU-A)的输入接口相连，选择开关(SW)的常开触点连接电容式传感器(101)的公共电极端(Csum)，选择开关(SW)的常闭触点连接同相放大器的输出端。
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