微机械加速度计的5阶连续低通谐振前馈型sigma-delta modulator闭环控制电路

摘要

本发明公开了一种微机械加速度计的5阶连续低通谐振前馈型sigma-delta modulator闭环控制电路，属于微机械加速度计加速度信号测量处理领域。电路，由电荷放大器5，高通滤波器6，二极管7，低通滤波器8，全差分放大器9，相位补偿电路10，积分电路Ⅰ11，积分电路Ⅱ12，积分电路Ⅲ13，增益器14，加法器15，比较器16，D触发器17，模拟开关18组成。本发明的有益效果：通过在积分环节加入局部负反馈，使得第二、第三个积分器可以等效为一个二阶谐振环节，该等效二阶谐振环节的谐振频率f_R等于系统的理论带宽频率f_t，这样能够有效降低系统理论带宽范围[0Hz,f_tHz]内的噪声，提高信噪比。

主权项

微机械加速度计的5阶连续低通谐振前馈型ΣΔΜ闭环控制电路，主要包括电荷放大器(5)，高通滤波器(6)，二极管(7)，低通滤波器(8)，全差分放大器(9)，相位补偿电路(10)，积分电路Ⅰ(11)，积分电路Ⅱ(12)，积分电路Ⅲ(13)，增益器(14)，加法器(15)，比较器(16)，D触发器(17)，模拟开关(18)；当有外界加速度信号a(t)输入时，导致检测电容C1、C2发生变化，引起电容充放电电流发生变化，产生变化的电流信号i₁(t)和i₂(t)，电流信号经过频率为f的载波V_c(t)进行高频调制；调制信号经过电荷放大器(5)，将电流信号转换变为电压信号V₁(t)和V₁'(t)；两路电压信号进入高通滤波器(6)，滤除掉低频干扰信号，高通滤波器(6)的截止频率f_c1满足：f_c1＜f；滤波后的信号经过二极管(7)进行解调，然后信号经过低通滤波器(8)进行滤波得到V₂(t)和V₂'(t)，低通滤波器(8)的截止频率f_c2满足：f_c2＜f；解调和滤波后的信号V₂(t)和V₂'(t)进入全差分放大器(9)对其做进一步的差分放大，得到两路信号V₃(t)和V₃'(t)；之后V₃(t)和V₃'(t)进入相位补偿电路(10)进行移相得到V₄(t)和V₄'(t)；移相后的信号V₄(t)和V₄'(t)依次通过积分电路Ⅰ(11)、积分电路Ⅱ(12)、积分电路Ⅲ(13)得到V₅(t)和V₅'(t)；积分电路Ⅲ输出端的信号V₅(t)和V₅'(t)经增益器(14)进入积分电路Ⅱ的输入端构成一个局部反馈，形成一个二阶谐振环节，其谐振频率f_R＝f_t，f_t为系统的理论带宽频率；移相后的信号V₄(t)和V₄'(t)和积分电路Ⅰ(11)、积分电路Ⅱ(12)、积分电路Ⅲ(13)输出端的信号均进入加法器(15)，得到前馈信号V₆(t)和V₆'(t)；比较器(16)对两路前馈信号V₆(t)和V₆'(t)进行比较，输出一路高低电平的数字比较信号b'(t)；数字比较信号b'(t)经过D触发器17)，进行采样频率为f_S的采样与量化，系统输出脉宽密度调制数字信号b(t)；脉宽密度调制数字信号b(t)控制模拟开关(18)将反馈电压V_fb加载到微机械加速度计的反馈电极上，形成闭环控制系统。