一種慣性檢測元件的電容讀出電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種慣性檢測元件的電容讀出電路，包括：前置放大器的輸入端連接慣性檢測元件的信號輸出端，前置放大器的輸出端連接第一采樣保持器和第二采樣保持器；前置放大器用于將慣性檢測元件的輸出信號進(jìn)行前置放大后輸出給第一采樣保持器和第二采樣保持器；第一采樣保持器的輸出端連接差動放大器的第一輸入端，第二采樣保持器的輸出端連接差動放大器的第二輸入端；第一采樣保持器將慣性檢測元件的輸出信號傳輸給差動放大器的第一輸入端，第二采樣保持器將慣性檢測元件的輸出信號傳輸給差動放大器的第二輸入端；差動放大器的輸出電壓為慣性檢測元件的電壓信號。該電容讀出電路的輸出電壓與質(zhì)量塊的位移是線性關(guān)系，而且不存在電彈簧效應(yīng)。
【專利說明】—種慣性檢測元件的電容讀出電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及慣性檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種慣性檢測元件的電容讀出電路。
【背景技術(shù)】
[0002]慣性檢測元件一般包括加速度傳感器和陀螺儀等慣性敏感元件，由這些慣性檢測元件實(shí)時(shí)測量運(yùn)載體相對于地面運(yùn)動的加速度等參數(shù)，以確定運(yùn)載體的位置和地球重力場參數(shù)。
[0003]下面以MEMS(Micro Electro Mechanical System)加速度傳感器為例進(jìn)行介紹。
[0004]MEMS加速度傳感器是通過微加工工藝在硅片上加工成形的慣性檢測元件。典型的MEMS加速度敏感元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)為質(zhì)量塊-彈簧結(jié)構(gòu)。如圖1所示，質(zhì)量塊200由一個(gè)或多個(gè)彈性梁300懸掛在慣性檢測元件的框架100中。圖1中以平板型質(zhì)量塊為例進(jìn)行介紹。
[0005]質(zhì)量塊200運(yùn)動敏感方向垂直于平板型質(zhì)量塊的平面。質(zhì)量塊200上下兩面有兩個(gè)互相導(dǎo)通并與質(zhì)量塊200聯(lián)動的平面電極，分別為第一電極201和第二電極202。與質(zhì)量塊上下兩面電極相對的固定框架面上分別有兩個(gè)固定平面電極，分別為上固定電極101和下固定電極102。上固定電極101和下固定電極102與第一電極201和第二電極202平行并分別形成兩個(gè)面積相等的平板電容器。
[0006]這兩個(gè)平板電容器的間距取決于質(zhì)量塊200的位置。在理想情況下質(zhì)量塊200懸掛的平衡位置是使兩個(gè)平板電容 器的間距相等的位置。質(zhì)量塊200偏離平衡位置的位移會使兩個(gè)平板電容器的間距產(chǎn)生差動變化，即一個(gè)平板電容器的間距增加，同時(shí)使另一個(gè)平板電容器的間距減小。
[0007]由于平板電容器的電容量C表達(dá)式為:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種慣性檢測元件的電容讀出電路，其特征在于，包括:前置放大器、第一采樣保持器、第二采樣保持器和差動放大器； 所述前置放大器的輸入端連接慣性檢測元件的信號輸出端，所述前置放大器的輸出端連接第一采樣保持器和第二采樣保持器；所述前置放大器用于將慣性檢測元件的輸出信號進(jìn)行前置放大后輸出給所述第一采樣保持器和第二采樣保持器； 所述第一采樣保持器的輸出端連接所述差動放大器的第一輸入端，所述第二采樣保持器的輸出端連接所述差動放大器的第二輸入端； 所述第一采樣保持器將慣性檢測元件的輸出信號傳輸給所述差動放大器的第一輸入端，所述第二采樣保持器將慣性檢測元件的輸出信號傳輸給所述差動放大器的第二輸入端; 所述差動放大器的輸出電壓為所述慣性檢測元件的電壓信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性檢測元件的電容讀出電路，其特征在于，所述第一輸入端為差動放大器的正相輸入端，所述第二輸入端為差動放大器的反相輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的慣性檢測元件的電容讀出電路，其特征在于，還包括:第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)和第四開關(guān)； 所述慣性檢測元件中差動電容結(jié)構(gòu)的第一差動電容通過所述第一開關(guān)連接正相驅(qū)動電壓\ ;所述慣性檢測元件中差動電容結(jié)構(gòu)的第一差動電容通過所述第二開關(guān)連接反相驅(qū)動電壓-Vk; 所述慣性檢測元件中差動電容結(jié)構(gòu)的第二差動電容通過第三開關(guān)連接反相驅(qū)動電壓-Vk ;所述慣性檢測元件中差動電容結(jié)構(gòu)的第二差動電容通過第四開關(guān)連接正相驅(qū)動電壓Vr; 所述第一開關(guān)和第三開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)由第一時(shí)鐘信號驅(qū)動； 所述第二開關(guān)和第四開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)由第二時(shí)鐘信號驅(qū)動； 所述第一時(shí)鐘信號和第二時(shí)鐘信號互補(bǔ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的慣性檢測元件的電容讀出電路，其特征在于，所述第一采樣保持器包括:第五開關(guān)和第一電容； 所述第五開關(guān)的一端連接所述前置放大器的輸出端，所述第五開關(guān)的另一端連接所述差動放大器的第一輸入端； 所述差動放大器的第一輸入端通過所述第一電容接地； 所述第五開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)由第三時(shí)鐘信號驅(qū)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的慣性檢測元件的電容讀出電路，其特征在于，所述第二采樣保持器包括:第六開關(guān)和第二電容； 所述第六開關(guān)的一端連接所述前置放大器的輸出端，所述第六開關(guān)的另一端連接所述差動放大器的第二輸入端； 所述差動放大器的第二輸入端通過所述第二電容接地； 所述第六開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)由第四時(shí)鐘信號驅(qū)動； 所述第三時(shí)鐘信號和第四時(shí)鐘信號在所述第一時(shí)鐘信號的一個(gè)周期內(nèi)不同時(shí)導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的慣性檢測元件的電容讀出電路，其特征在于，所述差動放大器為儀表放大器。
【文檔編號】G01C19/5776GK203385752SQ201320396640
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月4日
【發(fā)明者】韓可都, 馮方方, 董旸 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所