一种电容检测电路及电容传感电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子技术领域，设及一种检测电路，尤其设及一种电容检测电路；同 时，本发明还设及一种电容传感电路。
【背景技术】 阳00引传统的电容检测前端电路中，一般如图1所示，使用宽带放大器和电容C組成反 馈放大环路W获得很短的响应时间W及高增益，W保证整个检测电路对于环境变化不敏 感。在此种检测电路中，通过分别控制开关SW郝SW2,把从MEMS电容传递过来的电荷转换 为电压信号，并使得输出信号的幅度V。正比于从MEMS中检测到的位移。但是，由于采样操 作的存在，宽带的高频分量会被折叠到了基带，因此宽带放大器本身带入了较大的热噪声， 并最终导致相应信噪比的衰减。
[0003]如图2所示，Boxcar电容检测电路潜在的减少了噪声折叠效应，运是因为它的放 大器本身和(：^一起在采样之前形成了一个低通滤波器。相位〇1为复位相位，在积分相位 〇2开始的时候，开关SW2/SW3断开，同时开关SW1闭合，此操作使得放大器输入端的电压发 生了相应的变化。一个与电容检测板位移成正比的电压会出现在放大器输入端，并随后被 放大器结构放大。但是在运个结构当中，放大器输入端的共模变化会在很大程度上衰减最 终放大器的输出电压V。，运一点可W用W下公式描述：
W化]其中
[0006]。厂传感器静态电容
[0007] AC-传感器变化电容
[0008] Cp-对地寄生电容
[0009]Gm-放大器跨阻
[0010] Vref-参考电压 柳川Tmt-放大/积分时间
[0012] 并且运个大的共模变化还会引入寄生电容Cp的失调，使得最终的等效输入电容失 调同时包含了传感器电容失调A。。和寄生电容ACp。两个部分，可W用W下公式描述
[0014] 运会对后面的信号调理电路产生巨大的负荷，例如需要更大的电路动态范围。因 此限制了Boxcar电容检测电路在传感器中的应用。
[0015] 有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的电容检测电路，W便克服现有电容检测电 路的上述缺陷。
【发明内容】
[0016] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种电容检测电路，具有更高的信号增益，更 高的信噪比W及更小的等效输入失调电容。
[0017] 此外，本发明还掲示一种电容传感电路，具有更高的信号增益，更高的信噪比W及 更小的等效输入失调电容。 阳01引为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0019] 一种电容检测电路，所述电容检测电路包括低噪声模拟电容检测电路、共模信号 补偿电容、自校准电路，电容检测电路与sigmadelta调制器连接；
[0020] 所述低噪声模拟电容检测电路用W检测MEMS结构的电容，包括一个由共模补偿 电容Cm,传感器电容和ACW及开关SWn~SW5组成的开关电容电路，一个由第一放大 器、第二放大器、放大电容C式日开关SW。组成的跨导式电容放大器；最终形成一个低噪声模 拟电容检测电路的放大器模式，其低频增益为：
[0022] 等效输入信噪比为：
[0023] 等效输入失调电容夫
[0024] 其中，G。为低频增益，C为传感器静态电容，AC为传感器静态电容失调，Cm为共 模补偿电容阵列，ACm为共模补偿电容失调，Cp为对地寄生电容，Gm为第一放大器跨阻，Cl 为第二放大器反馈电容，AC为传感器电容变化信号，VfW为参考电压，T为放大/积分时 间，S。为放大器等效输入噪声，Cm为等效输入失调电容，SNR为信噪比；
[0025] 所述自校准电路与共模信号补偿电容连接，用W补偿所述低噪声模拟电容检测电 路本身共模电压的变化；通过在所述低噪声模拟电容检测电路上加入比较器和数字控制逻 辑算法形成自校准电路W实现自动补偿；在MEMS检查电路启动时，通过自校准电路自动寻 找电容平衡点，补偿共模电压的变化；其中数字控制逻辑算法，通过逐次比较算法或者增量 算法，用实现自校准控制算法，所述自校准控制算法会在共模电容Cm到达和Cg。相同的时候 自动终止计算；运个过程本身在检测电容的启动相位是被调用，或者在做功率循环的时候 周期性的调用；最终运算决定的电容阵列大小会被存胆在数字逻辑中的存储器单元；通过 加入共模补偿电容Cm,第一放大器输入端的共模变化会减小到：
[0026] 其中，AV。。为共模电压变化，C为传感器静态电容，Cm为共模补偿电容阵列，CP为 寄生电容，Vw为参考电压；
[0027] 所述sigmadelta调制器用W把电容的变化转换成为数字量；运种电容检测电路 作为sigmadelta调制器的第一级前馈积分器直接把电容的变化转换成为数字量；
[002引所述低噪声模拟电容检测电路通过去除开关SW。，由放大器模式转换为积分器模 式；积分器被用来当作sigmadelta调制器的第一级积分器；同随后的环路滤波器、模数 转换器、数模转换器形成了一个紧致的、面积功耗优化的sigmadelta调制器，并被用来将 MEMS检测平板的位移信号转换成数字信号。
[0029] 一种电容检测电路，所述电容检测电路包括低噪声模拟电容检测电路、共模信号 补偿电容、自校准电路；
[0030] 所述低噪声模拟电容检测电路用W检测电容；
[0031] 所述自校准电路与共模信号补偿电容连接，用W补偿所述低噪声模拟电容检测电 路本身共模电压的变化；所述共模信号补偿电容；在检查电路启动时，或者在做功率循环 时，通过自校准电路自动寻找电容平衡点，补偿共模电压的变化。
[0032] 作为本发明的一种优选方案，通过加入共模补偿电容，第一放大器输入端的共模 变化会减小到：
；低频增益会增高为：
信噪比 会增高为：
等效输入失调电容减少为：
[0033] 其中，G。为低频增益，C为传感器静态电容，AC为传感器静态电容失调，Cm为共 模补偿电容阵列，ACm为共模补偿电容失调，Cp为对地寄生电容，Gm为第一放大器跨阻，Cl 为第二放大器反馈电容，AC为传感器电容变化信号，VfW为参考电压，T为放大/积分时 间，S。为放大器等效输入噪声，Cm为等效输入失调电容，SNR为信噪比。
[0034] 作为本发明的一种优选方案，在所述低噪声模拟电容检测电路基础上，加入比较 器与数字控制算法，在自校准的时候用于检测和补偿共模电容变化。所述电容检测电路还 包括数字控制逻辑算法，通过逐次比较算法或者增量算法，用来实现自校准控制算法，此算 法会在共模补偿电容阵列Cm到达和Cg。相同的时候自动终止计算；运个过程本身在检测电 容的启动相位时被调用，或者在做功率循环的时候周期性的调用；最终运算决定的电容阵 列大小会被存胆在数字逻辑中的存储器单元。
[0035] 一种电容传感电路，所述电容传感电路包括低噪声模拟电容检测电路、共模信号 补偿电容、自校准电路和sigmadelta调制器；
[0036] 所述低噪声模拟电容检测电路用W检测MEMS结构的电容，通过加入共模补偿电 容Cm,低频增益会增高为：
信噪比会增高为：
等效输入失调电容减少为：
[0037] 所述自校准电路与共模信号补偿电容连接，用W补偿所述低噪声模拟电容检测电 路本身共模电压的变化；所述在MEMS检查电路启动时，通过自校准电路自动寻找电容平衡 点，补偿共模电压的变化；通过加入共模补偿电容，第一放大器输入端的共模变化会减小 到
[0038] 其中，G。为低频增益，C,。