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-deltamodulator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fR等于系统的理论带宽频率ft，这样能够有效降低系统理论带宽范围[0Hz,ftHz]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∑ΔM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Vc(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fc3满足：fc1＜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fc5满足：fc2＜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fR＝ft；移相后的信号和第一、二、三级积分器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）对两路前馈全差分信号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fS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Vfb加载到微机械加速度计的反馈电极上，形成闭环控制系统。