CN109818604A - 一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 - Google Patents
一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109818604A CN109818604A CN201910265985.3A CN201910265985A CN109818604A CN 109818604 A CN109818604 A CN 109818604A CN 201910265985 A CN201910265985 A CN 201910265985A CN 109818604 A CN109818604 A CN 109818604A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- switch
- interface circuit
- capacitor
- mems
- precision difference
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种高精度差分电容MEMS接口电路及MEMS器件，该高精度差分电容MEMS接口电路用于将MEMS器件电容转换为电压，其包括：差分电容C1、差分电容C2、反馈电容C3、补偿电容C4、跨导放大器OTA、开关S0、开关S1、开关S2、开关S3和电压输出端。本发明的高精度差分电容MEMS接口电路通过在电路中接入开关S3和补偿电容C4，将开关S3和补偿电容C4并联后与跨导放大器OTA的正输入端连接，开关S3可与开关S1同时断开，开关S3可在补偿电容C4上建立补偿电压，用以补偿开关S1断开时在反馈电容C3上建立的误差电压，克服了开关电路引入的误差，提高了检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器接口电路技术领域，特别涉及一种高精度差分电容MEMS接口电路及MEMS器件。
背景技术
电容式微传感器具有体积小、结构简单，具有功耗低、灵敏度高且温度敏感性低等优点，广泛应用于民用工业控制和军事等领域。在电容式微传感器系统设计中，电容式微传感器接口电路在一定程度上决定了微传感器系统对检测量的分辨率。而传统的差分电容MEMS器件的在将电容差转换为输出电压时，开关电路中开关的沟道电荷会给输出电压引入误差，导致检测精度降低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种能够对误差进行补偿，提高检测精度的高精度差分电容MEMS接口电路。其采用如下技术方案：
一种高精度差分电容MEMS接口电路，用于将MEMS器件电容转换为电压，其包括：差分电容C1、差分电容C2、反馈电容C3、补偿电容C4、跨导放大器OTA、开关S0、开关S1、开关S2、开关S3和电压输出端；
所述差分电容C1和差分电容C2串联，用于模拟MEMS器件的电容变化；
所述跨导放大器OTA的负输入端、开关S1的第一端、反馈电容C3的第一端均接入所述差分电容C1和差分电容C2之间，所述开关S0的第一端与反馈电容C3的第二端连接，所述开关S0的第二端接地；
所述电压输出端与跨导放大器OTA的输出端连接，所述开关S2的第一端与反馈电容C3的第二端连接，所述开关S2的第二端、开关S1的第二端均接入电压输出端与跨导放大器OTA的输出端之间；
所述开关S3和补偿电容C4并联后与跨导放大器OTA的正输入端连接。
作为本发明的进一步改进，反馈电容C3和补偿电容C4的大小相等。
作为本发明的进一步改进，所述开关S3的型号和开关S1相同。
作为本发明的进一步改进，所述开关S3和补偿电容C4分别接地。
作为本发明的进一步改进，所述跨导放大器OTA为低噪声跨导放大器。
本发明目的之二在于提供一种MEMS器件，所述MEMS器件包含上述高精度差分电容MEMS接口电路。
本发明的有益效果：
本发明的高精度差分电容MEMS接口电路通过在电路中接入开关S3和补偿电容C4，将开关S3和补偿电容C4并联后与跨导放大器OTA的正输入端连接，开关S3可与开关S1同时断开，开关S3可在补偿电容C4上建立补偿电压，用以补偿开关S1断开时在反馈电容C3上建立的误差电压，克服了开关电路引入的误差，提高了检测精度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例一中高精度差分电容MEMS接口电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1所示，为本发明实施例一中的高精度差分电容MEMS接口电路，该高精度差分电容MEMS接口电路包括差分电容C1、差分电容C2、反馈电容C3、补偿电容C4、跨导放大器OTA、开关S0、开关电路，开关S2、开关S3和电压输出端Vout。其中，开关电路包括开关S1。
差分电容C1和差分电容C2串联，用于模拟MEMS器件的电容变化；
跨导放大器OTA的负输入端、开关S1的第一端、反馈电容C3的第一端均接入差分电容C1和差分电容C2之间，开关S0的第一端与反馈电容C3的第二端连接，开关S0的第二端接地；
电压输出端与跨导放大器OTA的输出端连接，开关S2的第一端与反馈电容C3的第二端连接，开关S2的第二端、开关S1的第二端均接入电压输出端与跨导放大器OTA的输出端之间；
开关S3和补偿电容C4并联后与跨导放大器OTA的正输入端连接。
在本实施例中，反馈电容C3和补偿电容C4的大小相等。开关S3的型号和开关S1相同。
在本实施例中，开关S3和补偿电容C4分别接地。
在本实施例中，跨导放大器OTA为低噪声跨导放大器。
该高精度差分电容MEMS接口电路有两种工作状态，分别为失调存储和电荷放大(失调抵消)。当开关S0闭合、S1闭合、S2断开时、S3闭合，反馈电容C3存储差分电容C1和差分电容C2的差值电荷，此时电路为失调存储状态。当S0断开、S1断开、S2闭合时，电路为电荷放大状态，将开关S3与开关S1同时断开，开关S1和开关S3的沟道电荷同时向两端输出，开关S1在反馈电容C3上会建立一个误差电压，该误差电压可对电路的输出电压带来误差，而开关S3在补偿电容C4上会建立一个补偿电压，该补偿电压和误差电压分别进入跨导放大器OTA的正输入端和负输入端，产生抵消。而当反馈电容C3和补偿电容C4的大小相等，开关S3的型号和开关S1相同时，其产生的补偿电压和误差电压正好相等并完全抵消。
实施例二
本发明实施例二中提出了一种MEMS器件，该MEMS器件包含实施例一中的高精度差分电容MEMS接口电路。
本发明的高精度差分电容MEMS接口电路通过在电路中接入开关S3和补偿电容C4，将开关S3和补偿电容C4并联后与跨导放大器OTA的正输入端连接，开关S3可与开关S1同时断开，开关S3可在补偿电容C4上建立补偿电压，用以补偿开关S1断开时在反馈电容C3上建立的误差电压，克服了开关电路引入的误差，提高了检测精度。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (6)
1.一种高精度差分电容MEMS接口电路，用于将MEMS器件电容转换为电压，其特征在于，包括：差分电容C1、差分电容C2、反馈电容C3、补偿电容C4、跨导放大器OTA、开关S0、开关S1、开关S2、开关S3和电压输出端；
所述差分电容C1和差分电容C2串联，用于模拟MEMS器件的电容变化；
所述跨导放大器OTA的负输入端、开关S1的第一端、反馈电容C3的第一端均接入所述差分电容C1和差分电容C2之间，所述开关S0的第一端与反馈电容C3的第二端连接，所述开关S0的第二端接地；
所述电压输出端与跨导放大器OTA的输出端连接，所述开关S2的第一端与反馈电容C3的第二端连接，所述开关S2的第二端、开关S1的第二端均接入电压输出端与跨导放大器OTA的输出端之间；
所述开关S3和补偿电容C4并联后与跨导放大器OTA的正输入端连接。
2.如权利要求1所述的高精度差分电容MEMS接口电路，其特征在于，反馈电容C3和补偿电容C4的大小相等。
3.如权利要求1所述的高精度差分电容MEMS接口电路，其特征在于，所述开关S3的型号和开关S1相同。
4.如权利要求1所述的高精度差分电容MEMS接口电路，其特征在于，所述开关S3和补偿电容C4分别接地。
5.如权利要求1所述的高精度差分电容MEMS接口电路，其特征在于，所述跨导放大器OTA为低噪声跨导放大器。
6.一种MEMS器件，其特征在于，包含如权利要求1-5任一所述的高精度差分电容MEMS接口电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910265985.3A CN109818604A (zh) | 2019-04-03 | 2019-04-03 | 一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910265985.3A CN109818604A (zh) | 2019-04-03 | 2019-04-03 | 一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109818604A true CN109818604A (zh) | 2019-05-28 |
Family
ID=66611353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910265985.3A Pending CN109818604A (zh) | 2019-04-03 | 2019-04-03 | 一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109818604A (zh) |
Citations (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1898872A (zh) * | 2003-12-24 | 2007-01-17 | 艾利森电话股份有限公司 | 开关电容器电路补偿装置和方法 |
| US20070163815A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-07-19 | Stmicroelectronics S.R.I. | Detection circuit using a differential capacitive sensor with input-common-mode control in a sense interface |
| CN101424533A (zh) * | 2008-08-29 | 2009-05-06 | 北京大学 | Mems陀螺电容读出电路中失调电容的补偿方法及电路 |
| CN101505097A (zh) * | 2008-02-08 | 2009-08-12 | 联发科技股份有限公司 | 电压调节器及其补偿方法 |
| CN101551420A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-10-07 | 北京航空航天大学 | 一种mems器件微弱电容检测电路 |
| US20120146726A1 (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-14 | Elan Microelectronics Corporation | Circuit and method for sensing a capacitance |
| CN102541367A (zh) * | 2010-12-29 | 2012-07-04 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电容式触控检测电路、检测装置及其检测方法 |
| CN202929513U (zh) * | 2011-12-20 | 2013-05-08 | 爱特梅尔公司 | 用于产生参考带隙电压的电路 |
| US20130118265A1 (en) * | 2011-05-04 | 2013-05-16 | Nxp B.V. | Mems capacitive pressure sensor, operating method and manufacturing method |
| CN203350841U (zh) * | 2013-01-31 | 2013-12-18 | 珠海中慧微电子有限公司 | 采用电荷补偿的互电容感测电路 |
| CN104101368A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-10-15 | 湘潭大学 | 基于全差分开关电容原理的电容式传感器检测读出电路 |
| TW201522984A (zh) * | 2013-12-13 | 2015-06-16 | Nat Applied Res Laboratories | 偏移補償電路及其補償方法 |
| CN105720955A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-06-29 | 桂林电子科技大学 | 一种具有失调补偿的动态比较器 |
| CN107085124A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-22 | 湘潭大学 | 一种全差分力平衡模式mems加速度传感器信号处理电路 |
| CN107092407A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-08-25 | 北京集创北方科技股份有限公司 | 感应电容测量装置 |
| CN107238382A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-10-10 | 东南大学 | 一种硅微陀螺仪差分电容检测电路 |
| CN206877306U (zh) * | 2017-04-12 | 2018-01-12 | 北京集创北方科技股份有限公司 | 感应电容测量装置 |
| US20180038746A1 (en) * | 2015-02-12 | 2018-02-08 | University Of Florida Research Foundation Incorporated | Mems capacitive shear sensor system having an interface circuit |
| CN108509094A (zh) * | 2017-02-23 | 2018-09-07 | 麦孚斯公司 | 电容检测方法和使用该方法的电容检测装置 |
| CN207968429U (zh) * | 2018-03-29 | 2018-10-12 | 深圳信息职业技术学院 | 一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器 |
| CN109324210A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-02-12 | 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 | 补偿控制器及mems加速度计闭环伺服专用集成电路 |
| CN209497450U (zh) * | 2019-04-03 | 2019-10-15 | 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 | 一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 |
-
2019
- 2019-04-03 CN CN201910265985.3A patent/CN109818604A/zh active Pending
Patent Citations (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1898872A (zh) * | 2003-12-24 | 2007-01-17 | 艾利森电话股份有限公司 | 开关电容器电路补偿装置和方法 |
| US20070163815A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-07-19 | Stmicroelectronics S.R.I. | Detection circuit using a differential capacitive sensor with input-common-mode control in a sense interface |
| CN101505097A (zh) * | 2008-02-08 | 2009-08-12 | 联发科技股份有限公司 | 电压调节器及其补偿方法 |
| CN101424533A (zh) * | 2008-08-29 | 2009-05-06 | 北京大学 | Mems陀螺电容读出电路中失调电容的补偿方法及电路 |
| CN101551420A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-10-07 | 北京航空航天大学 | 一种mems器件微弱电容检测电路 |
| US20120146726A1 (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-14 | Elan Microelectronics Corporation | Circuit and method for sensing a capacitance |
| CN102541367A (zh) * | 2010-12-29 | 2012-07-04 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电容式触控检测电路、检测装置及其检测方法 |
| US20130118265A1 (en) * | 2011-05-04 | 2013-05-16 | Nxp B.V. | Mems capacitive pressure sensor, operating method and manufacturing method |
| CN202929513U (zh) * | 2011-12-20 | 2013-05-08 | 爱特梅尔公司 | 用于产生参考带隙电压的电路 |
| CN203350841U (zh) * | 2013-01-31 | 2013-12-18 | 珠海中慧微电子有限公司 | 采用电荷补偿的互电容感测电路 |
| TW201522984A (zh) * | 2013-12-13 | 2015-06-16 | Nat Applied Res Laboratories | 偏移補償電路及其補償方法 |
| CN104101368A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-10-15 | 湘潭大学 | 基于全差分开关电容原理的电容式传感器检测读出电路 |
| US20180038746A1 (en) * | 2015-02-12 | 2018-02-08 | University Of Florida Research Foundation Incorporated | Mems capacitive shear sensor system having an interface circuit |
| CN105720955A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-06-29 | 桂林电子科技大学 | 一种具有失调补偿的动态比较器 |
| CN108509094A (zh) * | 2017-02-23 | 2018-09-07 | 麦孚斯公司 | 电容检测方法和使用该方法的电容检测装置 |
| CN107092407A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-08-25 | 北京集创北方科技股份有限公司 | 感应电容测量装置 |
| CN206877306U (zh) * | 2017-04-12 | 2018-01-12 | 北京集创北方科技股份有限公司 | 感应电容测量装置 |
| CN107085124A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-22 | 湘潭大学 | 一种全差分力平衡模式mems加速度传感器信号处理电路 |
| CN107238382A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-10-10 | 东南大学 | 一种硅微陀螺仪差分电容检测电路 |
| CN207968429U (zh) * | 2018-03-29 | 2018-10-12 | 深圳信息职业技术学院 | 一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器 |
| CN109324210A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-02-12 | 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 | 补偿控制器及mems加速度计闭环伺服专用集成电路 |
| CN209497450U (zh) * | 2019-04-03 | 2019-10-15 | 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 | 一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 韩晓东等: "MEMS电容薄膜真空计微电容测量研究进展", 《真空与低温》, vol. 24, no. 3, 30 June 2018 (2018-06-30), pages 145 - 150 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102072737B (zh) | 一种带温度补偿的高精度电容读出电路 | |
| CN206440771U (zh) | 检测电容的装置、电子设备和检测压力的装置 | |
| CN108124474A (zh) | 检测电容的装置、电子设备和检测压力的装置 | |
| US10056867B2 (en) | Sensor control circuit and electronic apparatus | |
| CN109324210B (zh) | 补偿控制器及mems加速度计闭环伺服专用集成电路 | |
| CN103884900B (zh) | 一种变频调速器的直流母线电压检测装置及方法 | |
| CN102751956A (zh) | 一种开关电容共模反馈结构 | |
| CN105051555A (zh) | 虚拟电阻电路以及电荷检测电路 | |
| CN209497450U (zh) | 一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 | |
| CN104748858A (zh) | 一种InGaAs短波红外探测器信号处理系统 | |
| CN108023557A (zh) | 一种开关电容共模反馈结构 | |
| CN108322192A (zh) | 一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器 | |
| CN203759094U (zh) | 一种变频调速器的直流母线电压检测电路 | |
| CN109818604A (zh) | 一种高精度差分电容mems接口电路及mems器件 | |
| CN101832788A (zh) | 一种采用斩波稳定技术的电容连续时间读出电路 | |
| CN109633207A (zh) | 一种数字闭环加速度计片上在线自检测系统及方法 | |
| CN207968429U (zh) | 一种失调补偿和有限增益补偿的开关电容放大器 | |
| CN202353517U (zh) | 高共模抑制比的极低噪声直流差或和值放大装置 | |
| CN206004646U (zh) | 数字输入复用电路 | |
| CN106533424A (zh) | 一种兼容电阻式和电容式传感器的接口电路 | |
| CN202794285U (zh) | 一种交直流模拟小信号隔离处理电路 | |
| CN206292288U (zh) | 用于电动汽车的电压隔离采样电路 | |
| CN206451196U (zh) | 一种指纹识别模块 | |
| CN110470861A (zh) | 一种mems电容式加速度计接口电路 | |
| CN203233395U (zh) | 一种用于电容式传感器的端口复用接口电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 215100 South 3rd and 4th Floors of Huanxiu Lake Building, Xiangcheng High-speed Railway New Town, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant after: Jiangsu Ji Ju micro automation system and equipment Technology Research Institute Co., Ltd. Address before: 215100 F003 workstation, 3rd floor, 58 South Tiancheng Road, Xiangcheng High-speed Railway New Town, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant before: Jiangsu Ji Ju micro automation system and equipment Technology Research Institute Co., Ltd. |