專利名稱：加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于加速度傳感器中以對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理的閉環(huán)集成電路。
背景技術(shù)：
加速度計(jì)是用以感受輸出與載體運(yùn)動(dòng)加速度(或比力)成一定函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)測(cè)量裝置，是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)回路中確定載體速度、位置及超過距離等導(dǎo)航參數(shù)的基本元件，也是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)初始對(duì)準(zhǔn)不可缺少的部分。其工作原理以牛頓經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)，所以加速度計(jì)也叫慣性元件。目前，基于制造方法，加速度計(jì)可以劃分為兩大類體材料加工得到的微機(jī)械器件和表面薄膜加工得到的微機(jī)械器件。體電容式加速度計(jì)相比于表面薄膜電容式加速度計(jì)有較高的靈敏度和較低的噪聲。但是表面微機(jī)械技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是相對(duì)低的制造成本，同時(shí)也能 容易地實(shí)現(xiàn)MEMS和信號(hào)檢測(cè)電路的單片集成。如今主流的加速度檢測(cè)技術(shù)有電容檢測(cè)技術(shù)、壓阻檢測(cè)技術(shù)以及隧道效應(yīng)電流檢測(cè)技術(shù)。相比于后兩種技術(shù)，電容檢測(cè)在以下幾點(diǎn)有突出的優(yōu)勢(shì)低的溫度系數(shù)、低功耗、良好的噪聲性能，低的制造成本以及可以和現(xiàn)有的VLSI技術(shù)兼容性。這一系列的優(yōu)勢(shì)使基于電容檢測(cè)技術(shù)加速度計(jì)有著巨大的市場(chǎng)潛力，也使這方面的研究成為熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外僅有屈指可數(shù)的公司能生產(chǎn)這類通用電容檢測(cè)變換電路。常用的微機(jī)械加速度傳感器專用接口電路，一部分是電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，其耗電量低，但頻寬較窄，不適合用于高頻高速方面的應(yīng)用如炮彈制導(dǎo)。而另一部分接口參考電路，其與傳感器只能形成一個(gè)開環(huán)電路，其缺點(diǎn)是不能改變電容變化的非線形性，另外，其頻寬也受制于傳感器的機(jī)械響應(yīng)頻率。為了解決這個(gè)問題，需要采用閉環(huán)電路。而目前市場(chǎng)上還沒有閉環(huán)專用接口電路可售。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種是用于加速度傳感器、可改善加速度傳感器的電容變化的非線性和頻率特性的單片閉環(huán)集成電路。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路，應(yīng)用于加速度傳感器中以對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，其包括
電荷放大器，所述的電荷放大器與所述的加速度傳感器的輸出端相連接，并完成電荷-電壓轉(zhuǎn)換；
整流器，所述的整流器與所述的電荷放大器的輸出端相連接，所述的整流器將所述的電荷放大器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檎蜉敵鲂盘?hào)；
低通濾波器，所述的低通濾波器與所述的整流器的輸出端相連接，所述的低通濾波器對(duì)所述的正向輸出信號(hào)中的載波信號(hào)濾除；
緩沖器，所述的緩沖器與所述的低通濾波器的輸出端相連接，所述的緩沖器將所述的低通濾波器的輸出信號(hào)緩沖輸出；PID電路，所述的PID電路與所述的緩沖器的輸出端相連接，所述的PID電路將所述的緩沖器輸出的開環(huán)信號(hào)進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算；
高壓驅(qū)動(dòng)電路，所述的高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與所述的PID電路的輸出端相連接，所述的高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述的加速度傳感器的敏感結(jié)構(gòu)相連接；所述的高壓驅(qū)動(dòng)將所述的PID電路的輸出信號(hào)進(jìn)行處理后以驅(qū)動(dòng)所述的加速度傳感器的敏感結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述的低通濾波器包括依次相連接的第一濾波器和第二濾波器。優(yōu)選的，所述的PID電路包括第一運(yùn)放、第二運(yùn)放、第三運(yùn)放、第四運(yùn)放、第一電阻、可變電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第一電容、第二電容、第三電容；
所述的第一運(yùn)放的輸出端、所述的第二運(yùn)放的輸出端、所述的第三運(yùn)放的輸出端均與所述的第四運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的第一電阻的一端與所述的PID電路的輸入端相連接，所述的第一電阻的另一端與所述的第一運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的可變電阻的一端與所述的第一運(yùn)放的反向輸入端相連接，所述的可變電阻的另一端與所述的第一運(yùn)放的輸出端相連接；所述的第三電阻的一端與所述的PID電路的輸入端相連接，所述的第三電阻的另一端與所述的第二運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的第四電阻的一端與所述的PID電路的輸入端相連接，所述的第四電阻的另一端與所述的第三運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的第五電阻的一端與所述的第四運(yùn)放的反向輸入端相連接，所述的第五電阻的另一端與所述的第四運(yùn)放的輸出端相連接；所述的第一電容的的一端與所述的第二運(yùn)放的反向輸入端相連接，所述的第一電容的另一端與所述的第二運(yùn)放的輸出端相連接；所述的第二電容的輸入端與所述的PID電路的輸入端相連接，所述的第二電容的輸出端與所述的第三運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的第三電容的一端與所述的第三運(yùn)放的反向輸入端相連接，所述的第三電容的另一端與所述的第三運(yùn)放的輸出端相連接；所述的第四運(yùn)放的輸出端為所述的PID電路的輸出端。優(yōu)選的，所述的可變電阻采用編碼控制。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的單片閉環(huán)集成電路適用于加速度傳感器，尤其適用于高頻高速的加速度傳感器系統(tǒng)，其可以很好的改善加速度傳感器的電容變化的非線性和頻率特性，克服了現(xiàn)有的傳感器接口電路的缺陷。


附圖I為本發(fā)明的加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路的電路圖。附圖2為本發(fā)明的加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路的PID電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一參見附圖I所示。一種加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路，應(yīng)用于加速度傳感器中以對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，其包括電荷放大器、整流器、低通濾波器、緩沖器、PID電路、高壓驅(qū)動(dòng)電路。電荷放大器與加速度傳感器的輸出端相連接，用于完成電荷-電壓(C-V)轉(zhuǎn)換。整流器與電荷放大器的輸出端相連接，整流器將電荷放大器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檎蜉敵鲂盘?hào)。低通濾波器與整流器的輸出端相連接，其包括依次相連接的第一濾波器和第二濾波器，低通濾波器對(duì)正向輸出信號(hào)中的載波信號(hào)濾除。緩沖器與低通濾波器的輸出端相連接，緩沖器將低通濾波器的輸出信號(hào)緩沖輸出。PID電路與緩沖器的輸出端相連接，PID電路將緩沖器輸出的開環(huán)信號(hào)進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算。高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與PID電路的輸出端Vout相連接，高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與加速度傳感器的敏感結(jié)構(gòu)相連接；高壓驅(qū)動(dòng)將PID電路的輸出信號(hào)進(jìn)行處理后以驅(qū)動(dòng)加速度傳感器的敏感結(jié)構(gòu)。參見附圖2所示。PID電路包括第一運(yùn)放0P1、第二運(yùn)放0P2、第三運(yùn)放0P3、第四運(yùn)放0P4、第一電阻R1、可變電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3。第一運(yùn)放OPl的輸出端、第二運(yùn)放0P2的輸出端、第三運(yùn)放0P3的輸出端均與第四運(yùn)放0P4的反向輸入端相連接。第一電阻Rl的一端與PID電路的輸入端Vin相連接,第一電阻Rl的另一端與第一運(yùn)放OPl的反向輸入端相連接?？勺冸娮鑂2采用編碼控制，可變 電阻R2的一端與第一運(yùn)放OPl的反向輸入端相連接，可變電阻R2的另一端與第一運(yùn)放OPl的輸出端相連接。第三電阻R3的一端與PID電路的輸入端Vin相連接，第三電阻R3的另一端與第二運(yùn)放0P2的反向輸入端相連接。第四電阻R4的一端與PID電路的輸入端Vin相連接，第四電阻R4的另一端與第三運(yùn)放0P3的反向輸入端相連接。第五電阻R5的一端與第四運(yùn)放0P4的反向輸入端相連接，第五電阻R5的另一端與第四運(yùn)放0P4的輸出端相連接。第一電容Cl的的一端與第二運(yùn)放0P2的反向輸入端相連接，第一電容Cl的另一端與第二運(yùn)放0P2的輸出端相連接。第二電容C2的輸入端與PID電路的輸入端Vin相連接，第二電容C2的輸出端與第三運(yùn)放0P3的反向輸入端相連接。第三電容C3的一端與第三運(yùn)放0P3的反向輸入端相連接，第三電容C3的另一端與第三運(yùn)放0P3的輸出端相連接。第四運(yùn)放0P4的輸出端為PID電路的輸出端Vout。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路，應(yīng)用于加速度傳感器中以對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，其特征在于其包括 電荷放大器，所述的電荷放大器與所述的加速度傳感器的輸出端相連接，并完成電荷-電壓轉(zhuǎn)換； 整流器，所述的整流器與所述的電荷放大器的輸出端相連接，所述的整流器將所述的電荷放大器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檎蜉敵鲂盘?hào)； 低通濾波器，所述的低通濾波器與所述的整流器的輸出端相連接，所述的低通濾波器對(duì)所述的正向輸出信號(hào)中的載波信號(hào)濾除； 緩沖器，所述的緩沖器與所述的低通濾波器的輸出端相連接，所述的緩沖器將所述的低通濾波器的輸出信號(hào)緩沖輸出； PID電路，所述的PID電路與所述的緩沖器的輸出端相連接，所述的PID電路將所述的緩沖器輸出的開環(huán)信號(hào)進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算； 高壓驅(qū)動(dòng)電路，所述的高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與所述的PID電路的輸出端相連接，所述的高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述的加速度傳感器的敏感結(jié)構(gòu)相連接；所述的高壓驅(qū)動(dòng)將所述的PID電路的輸出信號(hào)進(jìn)行處理后以驅(qū)動(dòng)所述的加速度傳感器的敏感結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路，其特征在于所述的低通濾波器包括依次相連接的第一濾波器和第二濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路，其特征在于所述的PID電路包括第一運(yùn)放、第二運(yùn)放、第三運(yùn)放、第四運(yùn)放、第一電阻、可變電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第一電容、第二電容、第三電容； 所述的第一運(yùn)放的輸出端、所述的第二運(yùn)放的輸出端、所述的第三運(yùn)放的輸出端均與所述的第四運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的第一電阻的一端與所述的PID電路的輸入端相連接，所述的第一電阻的另一端與所述的第一運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的可變電阻的一端與所述的第一運(yùn)放的反向輸入端相連接，所述的可變電阻的另一端與所述的第一運(yùn)放的輸出端相連接；所述的第三電阻的一端與所述的PID電路的輸入端相連接，所述的第三電阻的另一端與所述的第二運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的第四電阻的一端與所述的PID電路的輸入端相連接，所述的第四電阻的另一端與所述的第三運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的第五電阻的一端與所述的第四運(yùn)放的反向輸入端相連接，所述的第五電阻的另一端與所述的第四運(yùn)放的輸出端相連接；所述的第一電容的的一端與所述的第二運(yùn)放的反向輸入端相連接，所述的第一電容的另一端與所述的第二運(yùn)放的輸出端相連接；所述的第二電容的輸入端與所述的PID電路的輸入端相連接，所述的第二電容的輸出端與所述的第三運(yùn)放的反向輸入端相連接；所述的第三電容的一端與所述的第三運(yùn)放的反向輸入端相連接，所述的第三電容的另一端與所述的第三運(yùn)放的輸出端相連接；所述的第四運(yùn)放的輸出端為所述的PID電路的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路，其特征在于所述的可變電阻采用編碼控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加速度傳感器的單片閉環(huán)集成電路，其包括電荷放大器、整流器、低通濾波器、緩沖器、PID電路、高壓驅(qū)動(dòng)電路；電荷放大器與加速度傳感器的輸出端相連接；整流器與電荷放大器的輸出端相連接；低通濾波器與整流器的輸出端相連接；緩沖器與低通濾波器的輸出端相連接；PID電路與緩沖器的輸出端相連接；高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與PID電路的輸出端相連接，高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與加速度傳感器的敏感結(jié)構(gòu)相連接。本發(fā)明的單片閉環(huán)集成電路適用于加速度傳感器，其可以很好的改善加速度傳感器的電容變化的非線性和頻率特性。
文檔編號(hào)G01P15/125GK102809671SQ20121029611
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者龍善麗, 童紫平, 劉霞, 陳遠(yuǎn)金, 劉成玉, 余向陽, 白濤 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第二一四研究所蘇州研發(fā)中心