专利名称：加速度传感器的单片闭环集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于加速度传感器中以对其信号进行处理的闭环集成电路。
背景技术：
加速度计是用以感受输出与载体运动加速度(或比力)成一定函数关系的电信号测量装置，是惯性导航系统回路中确定载体速度、位置及超过距离等导航参数的基本元件，也是实现平台初始对准不可缺少的部分。其工作原理以牛顿经典力学为基础，所以加速度计也叫惯性元件。目前，基于制造方法，加速度计可以划分为两大类体材料加工得到的微机械器件和表面薄膜加工得到的微机械器件。体电容式加速度计相比于表面薄膜电容式加速度计有较高的灵敏度和较低的噪声。但是表面微机械技术的优势是相对低的制造成本，同时也能 容易地实现MEMS和信号检测电路的单片集成。如今主流的加速度检测技术有电容检测技术、压阻检测技术以及隧道效应电流检测技术。相比于后两种技术，电容检测在以下几点有突出的优势低的温度系数、低功耗、良好的噪声性能，低的制造成本以及可以和现有的VLSI技术兼容性。这一系列的优势使基于电容检测技术加速度计有着巨大的市场潜力，也使这方面的研究成为热点。目前，国内外仅有屈指可数的公司能生产这类通用电容检测变换电路。常用的微机械加速度传感器专用接口电路，一部分是电容数字转换电路，其耗电量低，但频宽较窄，不适合用于高频高速方面的应用如炮弹制导。而另一部分接口参考电路，其与传感器只能形成一个开环电路，其缺点是不能改变电容变化的非线形性，另外，其频宽也受制于传感器的机械响应频率。为了解决这个问题，需要采用闭环电路。而目前市场上还没有闭环专用接口电路可售。
发明内容
本发明的目的是提供一种是用于加速度传感器、可改善加速度传感器的电容变化的非线性和频率特性的单片闭环集成电路。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
一种加速度传感器的单片闭环集成电路，应用于加速度传感器中以对其进行信号处理，其包括
电荷放大器，所述的电荷放大器与所述的加速度传感器的输出端相连接，并完成电荷-电压转换；
整流器，所述的整流器与所述的电荷放大器的输出端相连接，所述的整流器将所述的电荷放大器的输出信号转变为正向输出信号；
低通滤波器，所述的低通滤波器与所述的整流器的输出端相连接，所述的低通滤波器对所述的正向输出信号中的载波信号滤除；
缓冲器，所述的缓冲器与所述的低通滤波器的输出端相连接，所述的缓冲器将所述的低通滤波器的输出信号缓冲输出；PID电路，所述的PID电路与所述的缓冲器的输出端相连接，所述的PID电路将所述的缓冲器输出的开环信号进行比例、积分、微分运算；
高压驱动电路，所述的高压驱动电路的输入端与所述的PID电路的输出端相连接，所述的高压驱动电路的输出端与所述的加速度传感器的敏感结构相连接；所述的高压驱动将所述的PID电路的输出信号进行处理后以驱动所述的加速度传感器的敏感结构。优选的，所述的低通滤波器包括依次相连接的第一滤波器和第二滤波器。优选的，所述的PID电路包括第一运放、第二运放、第三运放、第四运放、第一电阻、可变电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容；
所述的第一运放的输出端、所述的第二运放的输出端、所述的第三运放的输出端均与所述的第四运放的反向输入端相连接；所述的第一电阻的一端与所述的PID电路的输入端相连接，所述的第一电阻的另一端与所述的第一运放的反向输入端相连接；所述的可变电阻的一端与所述的第一运放的反向输入端相连接，所述的可变电阻的另一端与所述的第一运放的输出端相连接；所述的第三电阻的一端与所述的PID电路的输入端相连接，所述的第三电阻的另一端与所述的第二运放的反向输入端相连接；所述的第四电阻的一端与所述的PID电路的输入端相连接，所述的第四电阻的另一端与所述的第三运放的反向输入端相连接；所述的第五电阻的一端与所述的第四运放的反向输入端相连接，所述的第五电阻的另一端与所述的第四运放的输出端相连接；所述的第一电容的的一端与所述的第二运放的反向输入端相连接，所述的第一电容的另一端与所述的第二运放的输出端相连接；所述的第二电容的输入端与所述的PID电路的输入端相连接，所述的第二电容的输出端与所述的第三运放的反向输入端相连接；所述的第三电容的一端与所述的第三运放的反向输入端相连接，所述的第三电容的另一端与所述的第三运放的输出端相连接；所述的第四运放的输出端为所述的PID电路的输出端。优选的，所述的可变电阻采用编码控制。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点本发明的单片闭环集成电路适用于加速度传感器，尤其适用于高频高速的加速度传感器系统，其可以很好的改善加速度传感器的电容变化的非线性和频率特性，克服了现有的传感器接口电路的缺陷。
附图I为本发明的加速度传感器的单片闭环集成电路的电路图。附图2为本发明的加速度传感器的单片闭环集成电路的PID电路的电路图。
具体实施例方式下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。实施例一参见附图I所示。一种加速度传感器的单片闭环集成电路，应用于加速度传感器中以对其进行信号处理，其包括电荷放大器、整流器、低通滤波器、缓冲器、PID电路、高压驱动电路。电荷放大器与加速度传感器的输出端相连接，用于完成电荷-电压(C-V)转换。整流器与电荷放大器的输出端相连接，整流器将电荷放大器的输出信号转变为正向输出信号。低通滤波器与整流器的输出端相连接，其包括依次相连接的第一滤波器和第二滤波器，低通滤波器对正向输出信号中的载波信号滤除。缓冲器与低通滤波器的输出端相连接，缓冲器将低通滤波器的输出信号缓冲输出。PID电路与缓冲器的输出端相连接，PID电路将缓冲器输出的开环信号进行比例、积分、微分运算。高压驱动电路的输入端与PID电路的输出端Vout相连接，高压驱动电路的输出端与加速度传感器的敏感结构相连接；高压驱动将PID电路的输出信号进行处理后以驱动加速度传感器的敏感结构。参见附图2所示。PID电路包括第一运放0P1、第二运放0P2、第三运放0P3、第四运放0P4、第一电阻R1、可变电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3。第一运放OPl的输出端、第二运放0P2的输出端、第三运放0P3的输出端均与第四运放0P4的反向输入端相连接。第一电阻Rl的一端与PID电路的输入端Vin相连接,第一电阻Rl的另一端与第一运放OPl的反向输入端相连接。可变电阻R2采用编码控制，可变 电阻R2的一端与第一运放OPl的反向输入端相连接，可变电阻R2的另一端与第一运放OPl的输出端相连接。第三电阻R3的一端与PID电路的输入端Vin相连接，第三电阻R3的另一端与第二运放0P2的反向输入端相连接。第四电阻R4的一端与PID电路的输入端Vin相连接，第四电阻R4的另一端与第三运放0P3的反向输入端相连接。第五电阻R5的一端与第四运放0P4的反向输入端相连接，第五电阻R5的另一端与第四运放0P4的输出端相连接。第一电容Cl的的一端与第二运放0P2的反向输入端相连接，第一电容Cl的另一端与第二运放0P2的输出端相连接。第二电容C2的输入端与PID电路的输入端Vin相连接，第二电容C2的输出端与第三运放0P3的反向输入端相连接。第三电容C3的一端与第三运放0P3的反向输入端相连接，第三电容C3的另一端与第三运放0P3的输出端相连接。第四运放0P4的输出端为PID电路的输出端Vout。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种加速度传感器的单片闭环集成电路，应用于加速度传感器中以对其进行信号处理，其特征在于其包括 电荷放大器，所述的电荷放大器与所述的加速度传感器的输出端相连接，并完成电荷-电压转换； 整流器，所述的整流器与所述的电荷放大器的输出端相连接，所述的整流器将所述的电荷放大器的输出信号转变为正向输出信号； 低通滤波器，所述的低通滤波器与所述的整流器的输出端相连接，所述的低通滤波器对所述的正向输出信号中的载波信号滤除； 缓冲器，所述的缓冲器与所述的低通滤波器的输出端相连接，所述的缓冲器将所述的低通滤波器的输出信号缓冲输出； PID电路，所述的PID电路与所述的缓冲器的输出端相连接，所述的PID电路将所述的缓冲器输出的开环信号进行比例、积分、微分运算； 高压驱动电路，所述的高压驱动电路的输入端与所述的PID电路的输出端相连接，所述的高压驱动电路的输出端与所述的加速度传感器的敏感结构相连接；所述的高压驱动将所述的PID电路的输出信号进行处理后以驱动所述的加速度传感器的敏感结构。
2.根据权利要求I所述的加速度传感器的单片闭环集成电路，其特征在于所述的低通滤波器包括依次相连接的第一滤波器和第二滤波器。
3.根据权利要求I所述的加速度传感器的单片闭环集成电路，其特征在于所述的PID电路包括第一运放、第二运放、第三运放、第四运放、第一电阻、可变电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容； 所述的第一运放的输出端、所述的第二运放的输出端、所述的第三运放的输出端均与所述的第四运放的反向输入端相连接；所述的第一电阻的一端与所述的PID电路的输入端相连接，所述的第一电阻的另一端与所述的第一运放的反向输入端相连接；所述的可变电阻的一端与所述的第一运放的反向输入端相连接，所述的可变电阻的另一端与所述的第一运放的输出端相连接；所述的第三电阻的一端与所述的PID电路的输入端相连接，所述的第三电阻的另一端与所述的第二运放的反向输入端相连接；所述的第四电阻的一端与所述的PID电路的输入端相连接，所述的第四电阻的另一端与所述的第三运放的反向输入端相连接；所述的第五电阻的一端与所述的第四运放的反向输入端相连接，所述的第五电阻的另一端与所述的第四运放的输出端相连接；所述的第一电容的的一端与所述的第二运放的反向输入端相连接，所述的第一电容的另一端与所述的第二运放的输出端相连接；所述的第二电容的输入端与所述的PID电路的输入端相连接，所述的第二电容的输出端与所述的第三运放的反向输入端相连接；所述的第三电容的一端与所述的第三运放的反向输入端相连接，所述的第三电容的另一端与所述的第三运放的输出端相连接；所述的第四运放的输出端为所述的PID电路的输出端。
4.根据权利要求3所述的加速度传感器的单片闭环集成电路，其特征在于所述的可变电阻采用编码控制。
全文摘要
本发明涉及一种加速度传感器的单片闭环集成电路，其包括电荷放大器、整流器、低通滤波器、缓冲器、PID电路、高压驱动电路；电荷放大器与加速度传感器的输出端相连接；整流器与电荷放大器的输出端相连接；低通滤波器与整流器的输出端相连接；缓冲器与低通滤波器的输出端相连接；PID电路与缓冲器的输出端相连接；高压驱动电路的输入端与PID电路的输出端相连接，高压驱动电路的输出端与加速度传感器的敏感结构相连接。本发明的单片闭环集成电路适用于加速度传感器，其可以很好的改善加速度传感器的电容变化的非线性和频率特性。
文档编号G01P15/125GK102809671SQ20121029611
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者龙善丽, 童紫平, 刘霞, 陈远金, 刘成玉, 余向阳, 白涛 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心