CN112055294A - 电容式mems芯片驱动电路、电容式mems传感器及智能电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电容式MEMS芯片驱动电路、电容式MEMS传感器及智能电子设备，该电容式MEMS芯片驱动电路包括：上桥驱动电路，被配置为输出上桥开关信号；下桥驱动电路，被配置为输出下桥开关信号；桥臂电路，桥臂电路的两个受控端分别与上桥驱动电路及下桥驱动电路连接，桥臂电路根据接收到的上桥开关信号及下桥开关信号工作，以产生方波驱动信号并输出；斜率控制电路，斜率控制电路的输入端分别与上桥驱动电路及下桥驱动电路连接，斜率控制电路的输出端与桥臂电路的输出端连接；斜率控制电路，被配置为对上桥开关信号及下桥开关信号的大小进行调节，以驱动桥臂电路产生正弦波驱动信号。

Description

电容式MEMS芯片驱动电路、电容式MEMS传感器及智能电子 设备

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种电容式MEMS芯片驱动电路、电容式MEMS传感器及智能电子设备。

背景技术

电容式MEMS传感器通常需要设置一电压驱动电路，以使其产生电性信号，并输出至与其搭配的读取芯片，并进行运算后，转换获得感测对应的压力信号。电压驱动电路通常提供的是方波信号，而MEMS传感器对应的输出信号也为方波且包含高频阻尼(damping)信号，这样会导致检测延时，并且增加芯片电路复杂度甚至因此增加噪声。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种电容式MEMS芯片驱动电路、电容式MEMS传感器及智能电子设备，旨在解决提高MEMS传感器的检测准确性。

为实现上述目的，本发明提出一种电容式MEMS芯片驱动电路，所述电容式MEMS芯片驱动电路包括：

上桥驱动电路，被配置为输出上桥开关信号；

下桥驱动电路，被配置为输出下桥开关信号；

桥臂电路，所述桥臂电路的两个受控端分别与所述上桥驱动电路及下桥驱动电路连接，所述桥臂电路根据接收到的所述上桥开关信号及下桥开关信号工作，以产生方波驱动信号并输出；

斜率控制电路，所述斜率控制电路的输入端分别与所述上桥驱动电路及下桥驱动电路连接，所述斜率控制电路的输出端与所述桥臂电路的输出端连接；所述斜率控制电路，被配置为对所述上桥开关信号及下桥开关信号的大小进行调节，以驱动所述桥臂电路产生正弦波驱动信号。

可选地，所述桥臂电路包括上桥臂开关及下桥臂开关，所述上桥臂开关的受控端与所述上桥驱动电路连接，所述下桥臂开关的受控端与所述下桥驱动电路的输出端连接，所述上桥臂开关及下桥臂开关的公共端与MEMS传感器的电源端连接。

可选地，所述斜率控制电路包括第一控制开关、第二控制开关及第一电容，所述第一控制开关的输入端与所述上桥驱动电路连接，所述第二控制开关的输入端与所述下桥驱动电路的输出端连接；所述第一控制开关和所述第二控制开关的输出端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述上桥臂开关及下桥臂开关的公共端连接。

可选地，上桥驱动电路包括第一开关管、第二开关管及驱动电流产生电路，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第一驱动电流产生电路串联设置，所述第一开关管及所述第二开关管的公共端为所述上桥驱动电路的输出端。

可选地，所述驱动电流产生电路包括第一运算放大器、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第一温敏电阻式温度补偿电路，所述第三开关管的漏极与所述温敏电阻式温度补偿电路及所述第一运算放大器的第一输入端连接，所述第三开关管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第三开关管的源极与所述第四开关管的栅极和漏极，及所述第五开关管的栅极连接；所述第四开关管的源极及所述第五开关管的源极接入第一直流电源；所述第五开关管的漏极与所述第二开关管连接。

可选地，上桥驱动电路包括第六开关管、第七开关管及第二驱动电流产生电路，所述第六开关管、所述第七开关管及所述第二驱动电流产生电路串联设置，所述第六开关管及所述第七开关管的公共端为所述上桥驱动电路的输出端。

可选地，所述第二驱动电流产生电路包括第二运算放大器、第八开关管、第九开关管、第十开关管及第二温敏电阻式温度补偿电路，所述第八开关管的漏极与所述温敏电阻式温度补偿电路及所述运第二算放大器的第一输入端连接，所述第八开关管的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第八开关管的源极与所述第九开关管的栅极和漏极，及所述第十开关管的栅极连接；所述第九开关管的源极及所述第十开关管的源极接入第一直流电源；所述第十开关管的漏极与所述第七开关管连接。

本发明还提出一种电容式MEMS传感器，包括MEMS芯片及如上所述的电容式MEMS芯片驱动电路；

所述电容式MEMS芯片驱动电路与所述MEMS芯片的电源端连接。

可选地，所述MEMS芯片为差分式MEMS芯片；

所述电容式MEMS芯片驱动电路的数量为两个，两个所述电容式MEMS芯片驱动电路分别与所述差分式MEMS芯片的电源端连接；

两个所述电容式MEMS芯片驱动电路输出的正弦波驱动信号的相位差为180°。

本发明还提出一种智能电子设备，包括如上所述的电容式MEMS芯片驱动电路；

或者，包括如上所述的MEMS传感器。

本发明还提出

本发明通过设置上桥驱动电路及下桥驱动电路分别输出上桥开关信号及下桥开关信号至桥臂电路，以使桥臂电路根据接收到的所述上桥开关信号及下桥开关信号工作，并产生方波驱动信号并输出；本发明还设置有斜率控制电路，以对所述上桥开关信号及下桥开关信号的大小进行调节，从而驱动所述桥臂电路产生正弦波驱动信号，通过输出至MEMS传感器的正弦波驱动信号可以趋缓MEMS传感器的转态信号，从而避免触发MEMS传感器产生高频阻尼信号，有利于降低MEMS传感器产生的噪声，并使后续芯片读取准确度。本发明有利于提高MEMS传感器的检测准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电容式MEMS芯片驱动电路一实施例的功能模块示意图；

图2为本发明电容式MEMS芯片驱动电路一实施例的电路结构示意图；

图3为图2中第一驱动电流产生电路一实施例的电路结构示意图；

图4为图2中第二驱动电流产生电路一实施例的电路结构示意图；

图5为本发明电容式MEMS传感器一实施例的电路结构示意图；

图6为本发明电容式MEMS芯片驱动电路输出的正弦波驱动信号波形图；

图7为MEMS芯片输出的正弦波差分输出信号波形图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	上桥驱动电路	S1	第一控制开关
20	下桥驱动电路	S2	第二控制开关
				30	桥臂电路	C1	第一电容
40	斜率控制电路	M1～M10	第一开关管～第十开关管
				Q1	上桥臂开关	U1	第一运算放大器
Q2	下桥臂开关	U2	第二运算放大器
				11	第一驱动电流产生电路	111	第一温敏电阻式温度补偿电路
21	第二驱动电流产生电路	112	第二温敏电阻式温度补偿电路

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明提出一种电容式MEMS芯片驱动电路，应用于智能电子设备。

智能电子设备，例如AR(Augmented Reality，增强现实)/VR(VirtualReality，虚拟现实)设备、蓝牙耳机、手机、手环等智能设备。智能设备中通常设置有MEMS(Microelectromechanical Systems)传感器，MEMS传感器可以应用于压力传感器、角速度传感器、气压传感器、振动传感器及加速度传感器等传感器中，MEMS传感器可以应用于麦克风、扬声器中，具体可以应用于喷墨打印机、投影仪、手机、数码相机、游戏机、电脑等设备等智能电子设备中。MEMS传感器有两种型式：压阻式及电容式，其中电容式MEMS传感器因噪声低等优势越来越广泛的应用于智能电子设备中。电容式MEMS传感器通常需要设置一电压驱动电路，以使其产生电性信号，并输出至与其搭配的读取芯片，并进行运算后，转换获得感测对应的压力信号。电压驱动电路通常提供的是方波信号，而MEMS传感器对应的输出信号也为方波且包含高频阻尼(damping)信号。当此MEMS传感器由方波驱动时，因方波在转态时为高频信号所以会在转态后输出产生高频阻尼(damping)信号，后续芯片读取此信号需要等高频阻尼变小至稳定后才能读取正确信号，这样会导致检测延时，并且增加芯片电路复杂度甚至因此增加噪声。

参照图1，在本发明一实施例中，该电容式MEMS芯片驱动电路包括：

上桥驱动电路10，被配置为输出上桥开关信号；

下桥驱动电路20，被配置为输出下桥开关信号；

桥臂电路30，所述桥臂电路30的两个受控端分别与所述上桥驱动电路10及下桥驱动电路20连接，所述桥臂电路30根据接收到的所述上桥开关信号及下桥开关信号工作，以产生方波驱动信号并输出；

斜率控制电路40，所述斜率控制电路40的输入端分别与所述上桥驱动电路10及下桥驱动电路20连接，所述斜率控制电路40的输出端与所述桥臂电路30的输出端连接；所述斜率控制电路40，被配置为对所述上桥开关信号及下桥开关信号的大小进行调节，以驱动所述桥臂电路30产生正弦波驱动信号。

本实施例中，桥臂电路30的输出端与MEMS传感器的电源端连接，以将产生的电压驱动信号至MEMS传感器，从而驱动MEMS传感器工作。

所述桥臂电路30包括上桥臂开关Q1及下桥臂开关Q2，所述上桥臂开关Q1的受控端与所述上桥驱动电路10连接，所述下桥臂开关Q2的受控端与所述下桥驱动电路20的输出端连接，所述上桥臂开关Q1及下桥臂开关Q2的公共端与MEMS传感器的电源端连接。其中，上桥臂开关Q1可以采用P-MOS管来实现，下桥臂开关Q2可以采用N-MOS管来实现。

上桥驱动电路10和下桥驱动电路20分别输出上桥开关信号和下桥开关信号至桥臂电路30，桥臂电路30的上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2在上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号的驱动下，轮流导通，上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2的导通频率根据上桥开关信号及下桥臂驱动信号的脉冲信号确定。当桥臂电路30中的上桥臂开关Q1导通时，上桥臂开关Q1将接入的电源进行输出，相当于产生高电平的方波驱动信号，当桥臂电路30中的下桥臂开关Q2导通时，则将桥臂电路30的输出端接地，相当于产生低电平的方波驱动信号。在桥臂电路30的上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2交替导通下，桥臂电路30的输出端输出高低电平的方波驱动信号。

可以理解的是，上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2可以采用MOS管、三极管等开关管来实现。三极管具有三种工作状态，即截止、放大和饱和三种状态，而MOS管则具有完全导通区、线性区和截止区。本实施以上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2均采用MOS管为例进行说明，一般的，MOS管作为上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2时，大多给MOS管的栅极一个足够大的栅极电压，而让其由截止状态直接跳转为完全导通状态。若MOS管从截止状态直接跳转为完全导通，MOS管Q1的源极与漏极两端的电压很小而相当于短路，使得在上桥臂开关Q1完全导通时，输出与接入的电源电压相同的高电平方波驱动信号，而在下桥臂开关Q2导通时，则输出持续的低电平方波驱动信号。而高低电平的方波驱动信号容易输出产生高频阻尼。

为此，本实施例通过设置斜率控制电路40，斜率控制电路40，斜率控制电路40的两个输入端分别与所述上桥驱动电路10及下桥驱动电路20连接，也即斜率控制电路40的一个输入端与上桥臂开关Q1的受控端及上桥驱动电路10互连，斜率控制电路40的另一个输入端与下桥臂开关Q2的受控端及下桥驱动电路20互连。斜率控制电路40的加入，可以调整输出至上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2的驱动信号的大小，从而调节上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2的导通程度，上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2的导通程度的不同，此时上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2相当于一可调开关，上桥臂开关Q1和下桥臂开关Q2的导通程度不同，使得输出的驱动电压则不同，斜率控制电路40按照预设的控制策略，可以控制上桥臂开关Q1在工作时的导通程度由小到大进行调节，在进入完全导通状态时，则由大到小进行调节，如此，使得上桥臂开关Q1导通时持续输出的高电平驱动信号的电压值呈正弦变换。同理，斜率控制电路40按照预设的控制策略，可以控制下桥臂开关Q2在工作时的导通程度由小到大进行调节，在进入完全导通状态时，则由大到小进行调节，如此，使得上桥臂开关Q1导通时持续输出的低电平驱动信号的电压值呈正弦变换。如图6为电容式MEMS芯片驱动电路输出的正弦驱动信号，如此，即可通过调节上桥开关信号及下桥开关信号的大小进行调节，从而驱动所述桥臂电路30产生正弦波驱动信号。相较于方波驱动信号，当驱动信号由方波改为正弦波时其转态信号趋缓则输出不再有高频信号触发MEMS产生高频阻尼(damping)信号，使其产生噪声降低且后续芯片读取准确度更高。

本发明通过设置上桥驱动电路10及下桥驱动电路20分别输出上桥开关信号及下桥开关信号至桥臂电路30，以使桥臂电路30根据接收到的所述上桥开关信号及下桥开关信号工作，并产生方波驱动信号并输出；本发明还设置有斜率控制电路40，以对所述上桥开关信号及下桥开关信号的大小进行调节，从而驱动所述桥臂电路30产生正弦波驱动信号，通过输出至MEMS传感器的正弦波驱动信号可以趋缓MEMS传感器的转态信号，从而避免触发MEMS传感器产生高频阻尼信号，有利于降低MEMS传感器产生的噪声，并使后续芯片读取准确度。本发明有利于提高MEMS传感器的检测准确性。

参照图2，在一实施例中，所述斜率控制电路40包括第一控制开关S1、第二控制开关S2及第一电容C1，所述第一控制开关S1的输入端与所述上桥驱动电路10连接，所述第二控制开关S2的输入端与所述下桥驱动电路20的输出端连接；所述第一控制开关S1和所述第二控制开关S2的输出端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第一电容C1的第二端与所述上桥臂开关Q1及下桥臂开关Q2的公共端连接。

本实施例中，第一控制开关S1和第二控制开关S2可以控制第一电容C1进行充放电，本实施例以上桥臂开关Q1为P-MOS管，下桥臂开关Q2为N-MOS管为例进行说明。具体而言，上桥驱动电路10输出低电平的上桥开关信号，以驱动上桥臂开关Q1导通时，第一控制开关S1导通，从而控制第一电容C1进行放电，而将上桥臂开关Q1也即P-MOS管Q1的电压拉高，而使得栅极的电压最大，且P-MOS管Q1的栅源极间电压为零，P-MOS管Q1截止；随着第一电容C1的放电电量降低，第一电容C1两端的电压下降，P-MOS管Q1的栅极的电压减小，且P-MOS管Q1的栅源极间电压逐渐变负，P-MOS管Q1逐渐导通，此时桥臂电路30输出至MEMS传感器电源端的驱动电压随P-MOS管Q1的导通程度的增大而线性上升。当第一电容C1放电结束时，相当于断开了与上桥驱动电路10的连接，第一电容C1两端的电压降为零，此时P-MOS管Q1的栅极的电压最低，P-MOS管Q1进入完全导通状态，输出至桥臂电路30输出至MEMS传感器电源端的驱动电压等于接入的直流电源电压。在第一电容C1放电结束后，第一电容C1进行反向充电，从而拉低桥臂电路30输出至MEMS传感器电源端的驱动电压，直至上桥驱动电路10输出高电平的上桥开关信号控制P-MOS管截止。

下桥驱动电路20输出高电平的下桥开关信号，以驱动下桥臂开关Q2导通时，第二控制开关S2导通，从而控制第一电容C1进行充电，根据第一电容C1上电压不能突变的特性，当下桥驱动电路20输出高电平的下桥开关信号时，第一电容C1上的电压为零，而第一电容C1两端的电压等于下桥开关信号的电压，此时桥臂电路30输出至MEMS传感器电源端也为下桥开关信号，而将下桥臂开关Q2也即N-MOS管的栅极的电压拉低，且N-MOS管的栅源极间电压为零，N-MOS管Q1截止；随着第一电容C1的充电电压上升，第一电容C1两端的电压下降，N-MOS管Q1的栅极的电压增大，且N-MOS管的栅源极间电压逐渐变正，N-MOS管逐渐导通，此时桥臂电路30输出至MEMS传感器电源端的驱动电压随P-MOS管Q1的导通程度的增大而线性减小，当第一电容C1充满时，由于第一电容C1对直流电的隔离作用，使得第一电容C1两端的电压降为零，此时N-MOS管的栅极的电压最大，N-MOS管进入完全导通状态，桥臂电路30输出至MEMS传感器电源端达到最小值。在第一电容C1充电结束后，第一电容C1进行反向放电电，从而拉高桥臂电路30输出至MEMS传感器电源端的驱动电压，直至下桥驱动电路20输出低电平的下桥开关信号控制N-MOS管截止。本实施例通过设置第一控制开关S1和第二控制开关S2来控制第一电容C1充放电，可以使得桥臂电路30输出至MEMS传感器电源端的驱动电压右Low(VSS、低电位)转High(VDD、高电位)，或者由High(VDD、高电位)转Low(VSS、低电位)时，调节驱动电压的大小，进而使桥臂电路30输出正弦驱动信号，以趋缓MEMS传感器的转态信号。

参照图3，在一实施例中，上桥驱动电路10包括第一开关管M1、第二开关管M2及驱动电流产生电路11，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2及所述第一驱动电流产生电路11串联设置，所述第一开关管M1及所述第二开关管M2的公共端为所述上桥驱动电路10的输出端。

本实施例中，第一开关管M1、第二开关管M2组成推挽电路，从而周期性的输出高低电平变换的上桥开关信号。其中，第一开关管M1和第二开关管M2可以采用MOS管、三极管等开关管来实现，本实施例可选采用MOS管来实现，其中第一开关管M1可选采用P-MOS管来实现，第二开关管M2可选采用N-MOS管来实现。第一开关管M1导通时，第二开关管M2截止，并输出高电平的上桥开关信号，在第一开关管M1截止时，第二开关管M2导通，并输出低电平的上桥开关信号。第一驱动电流产生电路11用于产生驱动电流，并且在第一电容C1进行充放电时，调节输出至上桥臂开关Q1的上桥开关信号，从而控制输出至MEMS传感器驱动信号的斜率，斜率可以通过具体可以通过公式(1)来计算：

其中，SR表示驱动信号的斜率，I1表示第一驱动电流产生电路11输出的驱动电流大小，CF表示第一电容C1充放电电量。

参照图4，在一实施例中，所述驱动电流产生电路11包括第一运算放大器U1、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5及第一温敏电阻式温度补偿电路11，所述第三开关管M3的漏极与所述温敏电阻式温度补偿电路及所述第一运算放大器U1的第一输入端连接，第一运算放大器U1的第二输入端接入参考电压Vref；所述第三开关管M3的栅极与所述第一运算放大器U1的输出端连接，所述第三开关管M3的源极与所述第四开关管M4的栅极和漏极，及所述第五开关管M5的栅极连接；所述第四开关管M4的源极及所述第五开关管M5的源极接入第一直流电源VDD；所述第五开关管M5的漏极与所述第二开关管M2连接。本实施例中，第一温敏电阻式温度补偿电路111包括负温度系数电阻Rn1及正温度系数电阻Rp1，所述负温度系数电阻Rn1和所述正温度系数电阻Rp1依次串联设置于所述偏压电流产生电路10与地之间。负温度系数电阻Rn1和正温度系数电阻Rp1的数量可以设置为多个，多个负温度系数电阻Rn1和正温度系数电阻Rp1串联设置，或者并联设置。具有温度补偿的电路利用正温度系数电阻Rp1和负温度系数电阻Rn1来补偿输出偏压电流的变化值，具体为当温度升高时，正温度系数电阻Rp1的电阻值会升高，但负温度系数电阻Rn1的电阻值则会降低，配合偏压电流产生电路10来调整负温度系数电阻Rn1及正温度系数电阻Rp1的特性系数比值，以调整流经负温度系数电阻Rn1及正温度系数电阻Rp1的电流，从而补偿偏压电流由于温度变化而产生的电流漂移。因此，具有温度补偿的电路第一温敏电阻式温度补偿电路111可被应用为不随温度变化漂移的电流偏压电路。由于正温度系数电阻Rp1和负温度系数电阻Rn1的补偿配置，偏压电流的电流漂移随着温度被补偿。当然在其他实施例中，第一温敏电阻式温度补偿电路111也可以仅设置负温度系数电阻Rn1，或者正温度系数电阻Rp1，也即两者择一设置。当仅设置有负温度系数电阻Rn1或者正温度系数电阻Rp1时，还可以设置有电位器，通过电位器来补偿随负温度系数电阻Rn1或者正温度系数电阻Rp1变化的电流值，实现对偏压电流的温度补偿，从而消除温度对偏压电流的影响。

运算放大器U1组成电流回授电路，电流回授电路产生的偏置电流可以通过以下公式来表示：

I0＝VDD/(Rp+Rn)；

其中，VDD为偏置电源，本实施例中偏压电源的电压为带隙电压VBG(BandgapVoltage)，也即VDD＝VBG，该带隙电压与温度无关，可以通过带隙电压产生电路来产生，带隙电压产生电路通常可以采用运算放大器U1、电流镜30等电路元件来实现。(Rp+Rn)为负温度系数电阻Rn和正温度系数电阻Rp1的阻值，I0为经负温度系数电阻Rn和正温度系数电阻Rp1补偿后的电流，该电流与温度无关。

本实施例中第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5构成电流镜电路，流经第五MOS管MP2的电流值与流经第三开关管M3、第四开关管M4电流值，之间比例关系为N:1(或者1:N)(其中N>0)，流经负温度系数电阻Rn和正温度系数电阻Rp1产生补偿后的偏置电流的电流被由第第三开关管M3、第四开关管M4的电流值与流经第五开关管M5组成的开关电路镜像，在第第三开关管M3、第四开关管M4的电流值与流经第五开关管M5导通时，第五MOS管MP2出的电流值为即为驱动电流。

参照图2，在一实施例中，下桥驱动电路20包括第六开关管M6、第七开关管M7及第二驱动电流产生电路21，所述第六开关管M6、所述第七开关管M7及所述第二驱动电流产生电路21串联设置，所述第六开关管M6及所述第七开关管M7的公共端为所述上桥驱动电路10的输出端。

本实施例中，第六开关管M6、第七开关管M7组成推挽电路，从而周期性的输出高低电平变换的上桥开关信号。其中，第六开关管M6和第七开关管M7可以采用MOS管、三极管等开关管来实现，本实施例可选采用MOS管来实现，其中第六开关管M6可选采用P-MOS管来实现，第六开关管M6可选采用N-MOS管来实现。第六开关管M6导通时，第七开关管M7截止，并输出高电平的上桥开关信号，在第六开关管M6截止时，第七开关管M7导通，并输出低电平的上桥开关信号。第二驱动电流产生电路21用于产生驱动电流，并且在第一电容C1进行充放电时，调节输出至上桥臂开关Q1的上桥开关信号，从而控制输出至MEMS传感器驱动信号的斜率，斜率可以通过具体可以通过公式(1)来计算：

其中，SR表示驱动信号的斜率，I2表示第二驱动电流产生电路21输出的驱动电流大小，CF表示第二电容充放电电量。

参照图4，在一实施例中，所述第二驱动电流产生电路21包括第二运算放大器U2、第八开关管M8、第九开关管M9、第十开关管M10及第二温敏电阻式温度补偿电路121，所述第八开关管M8的漏极与所述温敏电阻式温度补偿电路及所述运第二算放大器的第一输入端连接，第二运算放大器U2的第二输入端接入参考电压Vref所述第八开关管M8的栅极与所述第二运算放大器U2的输出端连接，所述第八开关管M8的源极与所述第九开关管M9的栅极和漏极，及所述第十开关管M10的栅极连接；所述第九开关管M9的源极及所述第十开关管M10的源极接入第一直流电源VDD；所述第十开关管M10的漏极与所述第七开关管M7连接。

本实施例中，第二温敏电阻式温度补偿电路121包括第二负温度系数电阻Rn2及正温度系数电阻Rp2，所述第二负温度系数电阻Rn2和所述正温度系数电阻Rp2依次串联设置于所述偏压电流产生电路10与地之间。第二负温度系数电阻Rn2和正温度系数电阻Rp2的数量可以设置为多个，多个第二负温度系数电阻Rn2和正温度系数电阻Rp2串联设置，或者并联设置。具有温度补偿的电路利用正温度系数电阻Rp2和第二负温度系数电阻Rn2来补偿输出偏压电流的变化值，具体为当温度升高时，正温度系数电阻Rp2的电阻值会升高，但第二负温度系数电阻Rn2的电阻值则会降低，配合偏压电流产生电路10来调整第二负温度系数电阻Rn2及正温度系数电阻Rp2的特性系数比值，以调整流经第二负温度系数电阻Rn2及正温度系数电阻Rp2的电流，从而补偿偏压电流由于温度变化而产生的电流漂移。因此，具有温度补偿的电路第二温敏电阻式温度补偿电路121可被应用为不随温度变化漂移的电流偏压电路。由于正温度系数电阻Rp2和第二负温度系数电阻Rn2的补偿配置，偏压电流的电流漂移随着温度被补偿。当然在其他实施例中，第二温敏电阻式温度补偿电路121也可以仅设置第二负温度系数电阻Rn2，或者正温度系数电阻Rp2，也即两者择一设置。当仅设置有第二负温度系数电阻Rn2或者正温度系数电阻Rp2时，还可以设置有电位器，通过电位器来补偿随第二负温度系数电阻Rn2或者正温度系数电阻Rp2变化的电流值，实现对偏压电流的温度补偿，从而消除温度对偏压电流的影响。

第二运算放大器U2组成电流回授电路，电流回授电路产生的偏置电流可以通过以下公式来表示：

I0＝VDD/(Rp+Rn)；

其中，VDD为偏置电源，本实施例中偏压电源的电压可选采用带隙电压VBG(BandgapVoltage)来提供，也即VDD＝VBG，该带隙电压与温度无关，可以通过带隙电压产生电路来产生，带隙电压产生电路通常可以采用运算放大器U1、电流镜等电路元件来实现。(Rp+Rn)为第二负温度系数电阻Rn2和正温度系数电阻Rp2的阻值，I0为经第二负温度系数电阻Rn2和正温度系数电阻Rp2补偿后的电流，该电流与温度无关。

本实施例中，第八开关管M8、第九开关管M9、第十开关管M10构成电流镜电路，流经第十开关管M10的电流值与流经第八开关管M8、第九开关管M9电流值，之间比例关系为N:1(或者1：N)(其中N>0)，流经第二负温度系数电阻Rn2和正温度系数电阻Rp2产生补偿后的偏置电流的电流被由第第八开关管M8、第九开关管M9的电流值与流经第十开关管M10组成的开关电路镜像，在第八开关管M8、第九开关管M9的电流值与流经第十开关管M10导通时，第五MOS管MP2出的电流值为即为驱动电流。驱动电流I2经过电流镜放大(或缩小)N倍数后可产生驱动电路中所需的I1及I2电流。

本发明还提出一种电容式MEMS传感器，包括MEMS芯片及如上所述的电容式MEMS芯片驱动电路；

所述电容式MEMS芯片驱动电路与所述MEMS芯片的电源端连接。

在一实施例中，所述MEMS芯片为差分式MEMS芯片；

所述电容式MEMS芯片驱动电路的数量为两个，两个所述电容式MEMS芯片驱动电路分别与所述差分式MEMS芯片的电源端连接；

两个所述电容式MEMS芯片驱动电路输出的正弦波驱动信号的相位差为180°。

参照图5，本实施例中，可以理解的是，MEMS芯片可以采用单个的可变电容来实现，也可以采用两个可变电容来实现，两个可变电容Cs与参考电容之间构成差分电容，差分电容式MEMS芯片等效电路图。其中Cs为感应电容，可用于感应压力变化，其电容值随着压力变化而产生变化。Cr为参考电容，电容值不会随着压力变化而产生变化，是一固定值。两个电容式MEMS芯片驱动电路Driver_P、Driver_N分别连接在VDP及VDN节点上，如图5所示，驱动电路会提供VDP与VDN上的信号为反相或称相位相差180°的信号。当VDP及VDN施加驱动信号后，驱动MEMS传感器工作。如图6和7所示，图6为电容式MEMS芯片驱动电路输出的正弦波驱动信号波形图，图7为在MEMS传感器工作时，MEMS芯片的两个输出端SP及SN会产生正弦波差分输出信号波形图。

本发明还提出一种智能电子设备，包括如上所述的电容式MEMS芯片驱动电路；

或者，包括如上所述的MEMS芯片。

该电容式MEMS芯片驱动电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明智能电子设备中使用了上述电容式MEMS芯片驱动电路，因此，本发明智能电子设备的实施例包括上述电容式MEMS芯片驱动电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电容式MEMS芯片驱动电路，其特征在于，所述电容式MEMS芯片驱动电路包括：

上桥驱动电路，被配置为输出上桥开关信号；

下桥驱动电路，被配置为输出下桥开关信号；

桥臂电路，所述桥臂电路的两个受控端分别与所述上桥驱动电路及下桥驱动电路连接，所述桥臂电路根据接收到的所述上桥开关信号及下桥开关信号工作，以产生方波驱动信号并输出；

斜率控制电路，所述斜率控制电路的输入端分别与所述上桥驱动电路及下桥驱动电路连接，所述斜率控制电路的输出端与所述桥臂电路的输出端连接；所述斜率控制电路，被配置为对所述上桥开关信号及下桥开关信号的大小进行调节，以驱动所述桥臂电路产生正弦波驱动信号。

2.如权利要求1所述的电容式MEMS芯片驱动电路，其特征在于，所述桥臂电路包括上桥臂开关及下桥臂开关，所述上桥臂开关的受控端与所述上桥驱动电路连接，所述下桥臂开关的受控端与所述下桥驱动电路的输出端连接，所述上桥臂开关及下桥臂开关的公共端与MEMS传感器的电源端连接。

3.如权利要求2所述的电容式MEMS芯片驱动电路，其特征在于，所述斜率控制电路包括第一控制开关、第二控制开关及第一电容，所述第一控制开关的输入端与所述上桥驱动电路连接，所述第二控制开关的输入端与所述下桥驱动电路的输出端连接；所述第一控制开关和所述第二控制开关的输出端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述上桥臂开关及下桥臂开关的公共端连接。

4.如权利要求1至3任意一项所述的电容式MEMS芯片驱动电路，其特征在于，上桥驱动电路包括第一开关管、第二开关管及驱动电流产生电路，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第一驱动电流产生电路串联设置，所述第一开关管及所述第二开关管的公共端为所述上桥驱动电路的输出端。

5.如权利要求4所述的电容式MEMS芯片驱动电路，其特征在于，所述驱动电流产生电路包括第一运算放大器、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第一温敏电阻式温度补偿电路，所述第三开关管的漏极与所述温敏电阻式温度补偿电路及所述第一运算放大器的第一输入端连接，所述第三开关管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第三开关管的源极与所述第四开关管的栅极和漏极，及所述第五开关管的栅极连接；所述第四开关管的源极及所述第五开关管的源极接入第一直流电源；所述第五开关管的漏极与所述第二开关管连接。

6.如权利要求1至3任意一项所述的电容式MEMS芯片驱动电路，其特征在于，上桥驱动电路包括第六开关管、第七开关管及第二驱动电流产生电路，所述第六开关管、所述第七开关管及所述第二驱动电流产生电路串联设置，所述第六开关管及所述第七开关管的公共端为所述上桥驱动电路的输出端。

7.如权利要求6所述的电容式MEMS芯片驱动电路，其特征在于，所述第二驱动电流产生电路包括第二运算放大器、第八开关管、第九开关管、第十开关管及第二温敏电阻式温度补偿电路，所述第八开关管的漏极与所述温敏电阻式温度补偿电路及所述运第二算放大器的第一输入端连接，所述第八开关管的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第八开关管的源极与所述第九开关管的栅极和漏极，及所述第十开关管的栅极连接；所述第九开关管的源极及所述第十开关管的源极接入第一直流电源；所述第十开关管的漏极与所述第七开关管连接。

8.一种电容式MEMS传感器，其特征在于，包括MEMS芯片及如权利要求1至9任意一项所述的电容式MEMS芯片驱动电路；

所述电容式MEMS芯片驱动电路与所述MEMS芯片的电源端连接。

9.如权利要求8所述的电容式MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS芯片为差分式MEMS芯片；

所述电容式MEMS芯片驱动电路的数量为两个，两个所述电容式MEMS芯片驱动电路分别与所述差分式MEMS芯片的电源端连接；

两个所述电容式MEMS芯片驱动电路输出的正弦波驱动信号的相位差为180°。

10.一种智能电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的电容式MEMS芯片驱动电路；

或者，包括如权利要求8或9任意一项所述的MEMS芯片。

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