一種采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電容檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè) 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的傳感器的差分檢測(cè)電容包括檢測(cè)電容CxP和CxN,如圖1所示,當(dāng)傳感器的 輸入量(如加速度、角速度、壓力等)為零時(shí),檢測(cè)電容CxP和CxN的大小應(yīng)該相同。但是 由于工藝制造、環(huán)境變化等的影響,在零輸入量時(shí),檢測(cè)電容CxP和CxN可能會(huì)有偏差。這 個(gè)偏差一方面會(huì)導(dǎo)致傳感器出現(xiàn)零偏,另一方面也可能導(dǎo)致電容檢測(cè)電路中的放大器出現(xiàn) 飽和,從而影響檢測(cè)電路性能和功能,所以在電容檢測(cè)電路中需要對(duì)CxP和CxN進(jìn)行補(bǔ)償。
[0003] 參考圖1,現(xiàn)有的補(bǔ)償方式是在檢測(cè)電容CxP和CxN兩端分別并聯(lián)補(bǔ)償電容CcP 和CcN。在傳統(tǒng)的單級(jí)補(bǔ)償方式中,補(bǔ)償精度和補(bǔ)償范圍之間需要做出權(quán)衡,例如補(bǔ)償精度 為5fF,補(bǔ)償范圍為1. 28pF時(shí),單個(gè)電容選取相同的尺寸(為了實(shí)現(xiàn)更好的電容匹配),則 補(bǔ)償電容CcP和CcN就需要用256個(gè)5fF的電容。
[0004] 這種方式存在以下兩個(gè)缺陷:
[0005] (1)標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝下單個(gè)電容往往遠(yuǎn)大于5fF,而且電容之間的匹配精度隨著電 容值的減小而降低;
[0006] ⑵電容范圍跨度越大,電容之間的匹配精度越差。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0008] 為此,本實(shí)用新型的目的在于提出一種采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置,具有 較高的匹配精度高和補(bǔ)償范圍寬的特點(diǎn)。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè) 裝置,包括:與傳感器的檢測(cè)電容相連的分級(jí)補(bǔ)償裝置,其中,所述分級(jí)補(bǔ)償裝置包括多個(gè) 級(jí)聯(lián)的補(bǔ)償單元,每個(gè)所述補(bǔ)償單元包括:第一和第二補(bǔ)償電容,所述第一補(bǔ)償電容的一 端接入正向輸入電壓,所述第二補(bǔ)償電容的一端接入負(fù)向輸入電壓;電荷敏感放大器,所述 電荷敏感放大器的正向輸入端連接至所述第一補(bǔ)償電容的另一端和所述檢測(cè)電容,所述電 荷敏感放大器的負(fù)向輸入端連接至所述第二補(bǔ)償電容的另一端和所述檢測(cè)電容;第一和第 二反饋電容,所述第一反饋電容并聯(lián)于所述電荷敏感放大器的正向輸入端和負(fù)向輸出端之 間,所述第二反饋電容并聯(lián)于所述電荷敏感放大器的負(fù)向輸入端和正向輸出端之間,其中, 相鄰的兩個(gè)補(bǔ)償單元之間通過第一和第二級(jí)聯(lián)電容相連,其中,所述第一級(jí)聯(lián)電容的一端 與前級(jí)補(bǔ)償單元的電荷敏感放大器的負(fù)向輸出端相連,另一端與后級(jí)補(bǔ)償單元的電荷敏感 放大器的正向輸入端相連,所述第二級(jí)聯(lián)電容的一端與前級(jí)補(bǔ)償單元的電荷敏感放大器的 正向輸出端相連,另一端與后級(jí)補(bǔ)償單元的電荷敏感放大器的負(fù)向輸入端相連。
[0010] 在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,所述第一和第二補(bǔ)償電容為可調(diào)電容。
[0011] 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置,通過設(shè)置分級(jí)級(jí)聯(lián) 的補(bǔ)償電容對(duì)傳感器的檢測(cè)電容進(jìn)行補(bǔ)償,這種方式相較于單個(gè)電容補(bǔ)償,具有較高的匹 配精度高和補(bǔ)償范圍寬的特點(diǎn)。
[0012] 本實(shí)用新型附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述 中變得明顯,或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0013] 本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中 將變得明顯和容易理解,其中:
[0014] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的電容檢測(cè)裝置的電路圖;
[0015] 圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖;
[0016] 圖3為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例,所述實(shí)施例的示例在附圖中示出,其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施例是示例性的,旨在用于解釋本實(shí)用新型,而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型 的限制。
[0018] 如圖2所示,本實(shí)用新型實(shí)施例的采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置,包括:與傳 感器的檢測(cè)電容10相連的分級(jí)補(bǔ)償裝置。其中,分級(jí)補(bǔ)償裝置包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的補(bǔ)償單元, 分別為補(bǔ)償單元1、補(bǔ)償單元2......,補(bǔ)償單元n。其中,每個(gè)補(bǔ)償單元的電路結(jié)構(gòu)相同。
[0019] 下面參考圖3對(duì)補(bǔ)償單元的電路進(jìn)行說明。
[0020] 如圖3所示,檢測(cè)電容10包括正向檢測(cè)電容CxP和反向檢測(cè)電容CxN。補(bǔ)償單元 1包括:第一補(bǔ)償電容CcP_0和第二補(bǔ)償電容CcN_0、電荷敏感放大器CSA、第一反饋電容 Cf_01和第二反饋電容Cf_02。
[0021] 其中,第一補(bǔ)償電容CcP_0的一端接入正向輸入電壓VP,另一端連接至電荷敏感 放大器CSA的正向輸入端和正向檢測(cè)電容CxP。第二補(bǔ)償電容CcN_0的一端接入負(fù)向輸入 電壓VN,另一端連接至電荷敏感放大器CSA的負(fù)向輸入端和反向檢測(cè)電容CxN。第一反饋電 容Cf_01并聯(lián)于電荷敏感放大器CSA的正向輸入端和負(fù)向輸出端之間,第二反饋電容Cf_02 并聯(lián)于電荷敏感放大器CSA的負(fù)向輸入端和正向輸出端之間。
[0022] 參考圖3,補(bǔ)償單元2包括:第一補(bǔ)償電容CcP_l和第二補(bǔ)償電容CcN_l、電荷敏感 放大器CSA、第一反饋電容Cf_ll和第二反饋電容Cf_12。以此類推,補(bǔ)償單元n包括:第一 補(bǔ)償電容CcP_n和第二補(bǔ)償電容CcN_n、電荷敏感放大器CSA、第一反饋電容Cf_nl和第二 反饋電容Cf_n2。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,每個(gè)補(bǔ)償單元的第一和第二補(bǔ)償電容均為 可調(diào)電容。
[0023] 進(jìn)一步,相鄰的兩個(gè)補(bǔ)償單元之間通過第一和第二級(jí)聯(lián)電容相連。以補(bǔ)償單元1 和補(bǔ)償單元2之間的第一級(jí)聯(lián)電容Cs_ll和第二級(jí)聯(lián)電容Cs_12為例進(jìn)行說明。其中,第 一級(jí)聯(lián)電容Cs_ll的一端與補(bǔ)償單元1(前級(jí))的電荷敏感放大器的負(fù)向輸出端相連,第一 級(jí)聯(lián)電容Cs_ll的另一端與補(bǔ)償單元2(后級(jí))的電荷敏感放大器的正向輸入端相連。第 二級(jí)聯(lián)電容Cs_12的一端與補(bǔ)償單元1(前級(jí))的電荷敏感放大器的正向輸出端相連,第二 級(jí)聯(lián)電容Cs_12的另一端與補(bǔ)償單元2 (后級(jí))的電荷敏感放大器的負(fù)向輸入端相連。 [0024] 以此類推,補(bǔ)償單元n-1與補(bǔ)償單元n之間的第一和第二級(jí)聯(lián)電容的連接關(guān)系如 下:第一級(jí)聯(lián)電容Cs_nl分別與補(bǔ)償單元n-1的負(fù)向輸出端和補(bǔ)償單元n的正向輸入的相 連,第二級(jí)聯(lián)電容Cs_n2分別與補(bǔ)償單元n-1的正向輸出端和補(bǔ)償單元n的負(fù)向輸入的相 連。位于最有一級(jí)的補(bǔ)償單元n輸出差分電壓信號(hào)VOP和VON。
[0025] 需要說明的是,位于第一級(jí)的補(bǔ)償單元中的放大器為電荷敏感放大器CSA,第二 級(jí)至第n級(jí)的補(bǔ)償單元中的放大器的電路結(jié)構(gòu)與電荷敏感放大器CSA相同,由于輸入電容 Csl-Csn為固定電容,也可稱為電壓比例放大器或者比例放大器。
[0026] 在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中,每個(gè)補(bǔ)償單元的第一和第二補(bǔ)償電容均為可調(diào)電 容,電容值相等,第一和第二反饋電容的電容值相等,以及第一和第二級(jí)聯(lián)電容的電容值相 等。
[0027] 下面對(duì)本實(shí)用新型的采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置的補(bǔ)償原理進(jìn)行說明。其 中,為了方便公示中描述,對(duì)第一和第二補(bǔ)償電容合并設(shè)為CcP/N_i,第一和第二反饋電容 合并設(shè)為Cf_i,第一和第二級(jí)聯(lián)電容合并設(shè)為Cs_j,i= 0, 1,2,…,n,j= 1,2,…,n,且以 各個(gè)電容的符號(hào)代替表示其對(duì)應(yīng)的電容值。當(dāng)沒有補(bǔ)償電容時(shí),即CcP/N_i=OfF,忽略正 負(fù)號(hào)其差分電壓輸出如下式:
[0028]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置,其特征在于,包括:與傳感器的檢測(cè)電容 相連的分級(jí)補(bǔ)償裝置,其中,所述分級(jí)補(bǔ)償裝置包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的補(bǔ)償單元,每個(gè)所述補(bǔ)償單 元包括: 第一和第二補(bǔ)償電容,所述第一補(bǔ)償電容的一端接入正向輸入電壓,所述第二補(bǔ)償電 容的一端接入負(fù)向輸入電壓; 電荷敏感放大器,所述電荷敏感放大器的正向輸入端連接至所述第一補(bǔ)償電容的另一 端和所述檢測(cè)電容,所述電荷敏感放大器的負(fù)向輸入端連接至所述第二補(bǔ)償電容的另一端 和所述檢測(cè)電容; 第一和第二反饋電容,所述第一反饋電容并聯(lián)于所述電荷敏感放大器的正向輸入端和 負(fù)向輸出端之間,所述第二反饋電容并聯(lián)于所述電荷敏感放大器的負(fù)向輸入端和正向輸出 端之間, 其中,相鄰的兩個(gè)補(bǔ)償單元之間通過第一和第二級(jí)聯(lián)電容相連,其中,所述第一級(jí)聯(lián)電 容的一端與前級(jí)補(bǔ)償單元的電荷敏感放大器的負(fù)向輸出端相連,另一端與后級(jí)補(bǔ)償單元的 電荷敏感放大器的正向輸入端相連,所述第二級(jí)聯(lián)電容的一端與前級(jí)補(bǔ)償單元的電荷敏感 放大器的正向輸出端相連,另一端與后級(jí)補(bǔ)償單元的電荷敏感放大器的負(fù)向輸入端相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置,其特征在于,所述第一和 第二補(bǔ)償電容為可調(diào)電容。
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種采用分級(jí)補(bǔ)償技術(shù)的電容檢測(cè)裝置,包括:與傳感器的檢測(cè)電容相連的分級(jí)補(bǔ)償裝置,其中,分級(jí)補(bǔ)償裝置包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的補(bǔ)償單元,每個(gè)補(bǔ)償單元包括:第一和第二補(bǔ)償電容;電荷敏感放大器,電荷敏感放大器的正向輸入端連接至第一補(bǔ)償電容的另一端,電荷敏感放大器的負(fù)向輸入端連接至第二補(bǔ)償電容的另一端;第一和第二反饋電容,其中,相鄰的兩個(gè)補(bǔ)償單元之間通過第一和第二級(jí)聯(lián)電容相連。本實(shí)用新型有較高的匹配精度高和補(bǔ)償范圍寬的特點(diǎn)。
【IPC分類】G01D5-24
【公開號(hào)】CN204439098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520129125
【發(fā)明人】陸游, 張晰泊
【申請(qǐng)人】北京芯動(dòng)聯(lián)科微電子技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日