一种电容式mems传感器检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及MEMS传感器的微弱信号检测领域，更具体涉及一种电容式MEMS传感 器检测电路。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着电容式MEMS应用的不断推广，对MEMS接口电路也提出了新的要求。 但是现阶段的电容式MEMS的接口电路，大部分都是基于C的测量电路，只有在在静态时极 板间距远大于动态变化间距非线性才能得到一定的减少，否则非线性非常明显。同时，目前 普遍采用的斩波稳定法和双相关采样法对MEMS电容检测都有一定的局限性：斩波稳定法， 电路的相对延迟会对测量造成很大影响，而且方波的带来的谐波会使各频段内的噪声在基 带信号内的堆叠；双相关采样法，有所改善但是还是存在时钟馈通，电荷注入，噪声混叠输 入带宽不足等局限性。同时上述电容检测方法会因接口处的寄生效应产生很大误差。
【发明内容】
[0003] 为克服上述缺点，本发明提出了一种电容式MEMS传感器检测电路。
[0004] 为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。
[0005] -种电容式MEMS传感器检测电路，用于输出与MEMS极板间距变化对应的电信号， 检测MEMS的极板位移变化，其包括：高频振荡电路⑴、C VV电路⑵；差分放大电路（3)、 乘法器电路（4)、低通滤波器（5)、放大输出电路（6)和相移网络（7);其中，高频振荡电路 (1)产生三路正弦信号，其中两路正弦信号分别输出至两个C Vv检测电路（2)，两个C Vv 检测电路分别输出至差分放大电路（3)的两个输入端子，对两路C VV信号进行差分放大， 以消除MEMS接口处本体电容带来的影响，输出至乘法器电路（4)的一个输入端子；而三路 正弦信号的另外一路输出至相移网络电路（7)，经过相移后输出至乘法器的另外一个输入 端子；乘法器对差分放大后的C VV信号进行解调输出至低通滤波电路（5)，经过低通滤波 后输出至放大输出电路（6)，经过放大器的缓冲后输出。
[0006] 进一步地，所述两个C Vv检测电路，区别于传统的C/V电路，用于检测C 1而非C 值，C 1和极板间距呈现线性关系。而传统的C/V检测电路更多的是利用对基板间距变化远 小于静态基板间距时的一种近似。
[0007] 进一步地，所述两路正弦信号通过C Vv检测电路后，经过差分放大电路，对两路 测量信号进行差分放大，以消除本体电容的影响，提高测量精度。
[0008] 进一步地，所述相移网络，主要用于使经过C Vv检测电路的信号与另一路直接 送入乘法电路的信号正交，通过所述相移网络对高频振荡电路产生的正弦信号进行相位补 偿。
[0009] 进一步地，所述乘法电路，通过将两路信号相乘以解调出要测量的C 1信号，而不 是简单地进行峰值检测；与峰值检测方法相比，本发明所输出信号的信噪比更高。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
[0011] 本发明提出的一种电容式MEMS传感器检测电路，实现对于变间距式MEMS的电容 的极板微小位移变化进行检测，具有输出信号与极板间距高度线性一致的优点，本发明提 出的C-1/ν电路是通过检测被检测电容阻抗值，而非传统的通过充放电来检测电容，相比 之下进行C-1/ν检测精度更高，从而实现对MEMS的电容极板间微小位移变化的精确检测。 本发明提出的电路结构与现有的开关采样电路相比，具有电路结构简单，容易实施，信噪比 尚的优点。
【附图说明】
[0012] 图1为实例中的电容式MEMS极板位移检测电路的结构及信号传输框图。
[0013] 图2为一种典型梳状MEMS结构示意图。
[0014] 图3为本发明实例的C VV电路。
[0015] 图4为本发明实例的差分放大电路。
[0016] 图5为本发明实例的相移网络。
[0017] 图6为本发明实例的乘法器电路。
[0018] 图7为本发明实例的低通滤波器电路。
[0019] 图8为本发明实例的低通滤波器电路频域响应图。
[0020] 图9为本发明变间距电容式MEMS的C VV和传统C/V检测电路的对比。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例及附图，对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。
[0022] 参照图1，本实例的电容式MEMS极板位移检测电路包括：高频振荡电路I ;C VV电 路2 ;差分放大电路3 ;乘法器电路4 ;低通滤波器5 ;放大输出电路6 ;相移网络7。
[0023] 尚频振荡电路，用于广生尚频弦波，输出至C Vv电路和相移网络；
[0024] C VV电路，检测通过检测C 1变化检测出MEMS极板位移变化；
[0025] 差分放大电路，用于将两路C VV信号进行差分放大输出至乘法电路解调，同时各 级间用电容连接，以降低前级Ι/f噪声影响；
[0026] 乘法电路，用来将差分输出的C VV信号与高频振荡源同频率非正交的正弦信号 混频以解调出传感器的采集信号；
[0027] 相移网络，要保证参与混频的两个正弦信号不正交，因为经过C VV电路的正弦有 相移，所以需要对另外一路进行一定的相移补偿。
[0028] 放大输出电路，因为考虑到乘法电路的动态范围，前面差分放大出来的信号不能 太大，所以必须通过本级电路来放大，同时作为电路缓冲输出。
[0029] 低通滤波器，滤掉高次谐波，输出反映 MEMS极板位移变化的信号。
[0030] 若MEMS的某一活动极板发生位移Ad，那么对于差分结构的MEMS器件而言同时会 有相对极板发生-Ad位移，其介质相对介电系数为ε，静态时前后活动极板的与固定极板 间距都为d。前后活动极板与固定极板形成的电容分别为^，C 2，而ε。是真空中的介电常 数，S是两极板相对的面积，则此时：
[0051] 从以上推导可知，该电路能够通过对称差分结构最大限度的消除加工精度不足带 来的误差和电路的寄生效应带来的影响，比如接口处的寄生电容可以看做是前后极板增加 的两个电容，经过差分结构后将大大消除接口处寄生电容的影响，同时检测信号通过和高 频信号相乘能很好地避开l/f噪声带来的影响。
[0052] 典型的梳状结构MEM