一種電容式mems傳感器檢測電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及MEMS傳感器的微弱信號檢測領域，更具體涉及一種電容式MEMS傳感 器檢測電路。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著電容式MEMS應用的不斷推廣，對MEMS接口電路也提出了新的要求。 但是現階段的電容式MEMS的接口電路，大部分都是基于C的測量電路，只有在在靜態時極 板間距遠大于動態變化間距非線性才能得到一定的減少，否則非線性非常明顯。同時，目前 普遍采用的斬波穩定法和雙相關采樣法對MEMS電容檢測都有一定的局限性：斬波穩定法， 電路的相對延遲會對測量造成很大影響，而且方波的帶來的諧波會使各頻段內的噪聲在基 帶信號內的堆疊；雙相關采樣法，有所改善但是還是存在時鐘饋通，電荷注入，噪聲混疊輸 入帶寬不足等局限性。同時上述電容檢測方法會因接口處的寄生效應產生很大誤差。
【發明內容】
[0003] 為克服上述缺點，本發明提出了一種電容式MEMS傳感器檢測電路。
[0004] 為了實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案。
[0005] -種電容式MEMS傳感器檢測電路，用于輸出與MEMS極板間距變化對應的電信號， 檢測MEMS的極板位移變化，其包括：高頻振蕩電路⑴、C VV電路⑵；差分放大電路（3)、 乘法器電路（4)、低通濾波器（5)、放大輸出電路（6)和相移網絡（7);其中，高頻振蕩電路 (1)產生三路正弦信號，其中兩路正弦信號分別輸出至兩個C Vv檢測電路（2)，兩個C Vv 檢測電路分別輸出至差分放大電路（3)的兩個輸入端子，對兩路C VV信號進行差分放大， 以消除MEMS接口處本體電容帶來的影響，輸出至乘法器電路（4)的一個輸入端子；而三路 正弦信號的另外一路輸出至相移網絡電路（7)，經過相移后輸出至乘法器的另外一個輸入 端子；乘法器對差分放大后的C VV信號進行解調輸出至低通濾波電路（5)，經過低通濾波 后輸出至放大輸出電路（6)，經過放大器的緩沖后輸出。
[0006] 進一步地，所述兩個C Vv檢測電路，區別于傳統的C/V電路，用于檢測C 1而非C 值，C 1和極板間距呈現線性關系。而傳統的C/V檢測電路更多的是利用對基板間距變化遠 小于靜態基板間距時的一種近似。
[0007] 進一步地，所述兩路正弦信號通過C Vv檢測電路后，經過差分放大電路，對兩路 測量信號進行差分放大，以消除本體電容的影響，提高測量精度。
[0008] 進一步地，所述相移網絡，主要用于使經過C Vv檢測電路的信號與另一路直接 送入乘法電路的信號正交，通過所述相移網絡對高頻振蕩電路產生的正弦信號進行相位補 償。
[0009] 進一步地，所述乘法電路，通過將兩路信號相乘以解調出要測量的C 1信號，而不 是簡單地進行峰值檢測；與峰值檢測方法相比，本發明所輸出信號的信噪比更高。
[0010] 與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：
[0011] 本發明提出的一種電容式MEMS傳感器檢測電路，實現對于變間距式MEMS的電容 的極板微小位移變化進行檢測，具有輸出信號與極板間距高度線性一致的優點，本發明提 出的C-1/ν電路是通過檢測被檢測電容阻抗值，而非傳統的通過充放電來檢測電容，相比 之下進行C-1/ν檢測精度更高，從而實現對MEMS的電容極板間微小位移變化的精確檢測。 本發明提出的電路結構與現有的開關采樣電路相比，具有電路結構簡單，容易實施，信噪比 尚的優點。
【附圖說明】
[0012] 圖1為實例中的電容式MEMS極板位移檢測電路的結構及信號傳輸框圖。
[0013] 圖2為一種典型梳狀MEMS結構示意圖。
[0014] 圖3為本發明實例的C VV電路。
[0015] 圖4為本發明實例的差分放大電路。
[0016] 圖5為本發明實例的相移網絡。
[0017] 圖6為本發明實例的乘法器電路。
[0018] 圖7為本發明實例的低通濾波器電路。
[0019] 圖8為本發明實例的低通濾波器電路頻域響應圖。
[0020] 圖9為本發明變間距電容式MEMS的C VV和傳統C/V檢測電路的對比。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合實施例及附圖，對本發明做進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不 限于此。
[0022] 參照圖1，本實例的電容式MEMS極板位移檢測電路包括：高頻振蕩電路I ;C VV電 路2 ;差分放大電路3 ;乘法器電路4 ;低通濾波器5 ;放大輸出電路6 ;相移網絡7。
[0023] 尚頻振蕩電路，用于廣生尚頻弦波，輸出至C Vv電路和相移網絡；
[0024] C VV電路，檢測通過檢測C 1變化檢測出MEMS極板位移變化；
[0025] 差分放大電路，用于將兩路C VV信號進行差分放大輸出至乘法電路解調，同時各 級間用電容連接，以降低前級Ι/f噪聲影響；
[0026] 乘法電路，用來將差分輸出的C VV信號與高頻振蕩源同頻率非正交的正弦信號 混頻以解調出傳感器的采集信號；
[0027] 相移網絡，要保證參與混頻的兩個正弦信號不正交，因為經過C VV電路的正弦有 相移，所以需要對另外一路進行一定的相移補償。
[0028] 放大輸出電路，因為考慮到乘法電路的動態范圍，前面差分放大出來的信號不能 太大，所以必須通過本級電路來放大，同時作為電路緩沖輸出。
[0029] 低通濾波器，濾掉高次諧波，輸出反映 MEMS極板位移變化的信號。
[0030] 若MEMS的某一活動極板發生位移Ad，那么對于差分結構的MEMS器件而言同時會 有相對極板發生-Ad位移，其介質相對介電系數為ε，靜態時前后活動極板的與固定極板 間距都為d。前后活動極板與固定極板形成的電容分別為^，C 2，而ε。是真空中的介電常 數，S是兩極板相對的面積，則此時：
[0051] 從以上推導可知，該電路能夠通過對稱差分結構最大限度的消除加工精度不足帶 來的誤差和電路的寄生效應帶來的影響，比如接口處的寄生電容可以看做是前后極板增加 的兩個電容，經過差分結構后將大大消除接口處寄生電容的影響，同時檢測信號通過和高 頻信號相乘能很好地避開l/f噪聲帶來的影響。
[0052] 典型的梳狀結構MEM