[发明专利]一种失调电容自动校准电路及方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子集成电路设计及微电子MEMS技术领域，涉 及电容式传感器检测及控制电路中的电容检测技术，具体涉及一种 MEMS传感器电容读出电路中失调电容的自动校准电路及方法。

背景技术

电容式MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机械系统) 在军事、工业控制、汽车及消费类电子等多个领域有着广泛的应用前 景，例如电容式MEMS陀螺、电容式MEMS加速度计等。极微小电 容，通常在10^-2-10^-15法拉量级的检测电路是电容式MEMS传感器系 统的关键组件之一，该部分由传感器差分检测电容和C/V(Capacitance to Voltage，电容-电压)转换电路组成。

CSA(Charge Sensitive Amplifier，电荷放大器)是最常见的C/V 转换电路之一，其检测精度主要由电路的噪声决定。MEMS传感器 的差分检测电容信号的频率通常在几KHz到几十KHz，而在该频段 范围内，CMOS电路中MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor，金属 -氧化物-半导体绝缘性场效应管)的1/f噪声是主要的噪声源，因此 电容检测电路的检测精度主要由电路的1/f噪声决定。为了降低1/f 噪声的影响，通常在电容检测电路中采用CHS(Chopper Stabilization， 斩波稳定)技术进行低噪声设计，如图1所示，即高频载波将变化电 容信号调制到高频，经电荷放大器放大后进行同步解调和低通滤波， 最后输出放映变化电容信号的电压信号。由于工艺加工的误差，微机 械传感器差分检测电容存在失调。在检测电路中，失调电容会同差分 电容变化信号一起被放大，而失调电容值远大于变化电容大小的幅 值，因此失调电容降低了电容检测电路的动态范围。

传统的抑制失调电容的方法主要是片上补偿电容阵列，通过在 MEMS传感器差分电容上并联不同大小的电容，以补偿差分检测电容 之间的失调电容。外加补偿电压方式的补偿精度由外加电压幅度的精 度决定，需要外围电路来产生幅度可调的补偿电压，增加了电路系统 的复杂度；片上补偿电容阵列方式要实现高精度和大范围的失调电容 补偿，就需要更大的电容阵列和更多的控制信号及接口，也增加了电 路的复杂度和成本；由于工艺的限制，每一个传感器的差分失调电容 也各不相同，因此传统的手调失调电容补偿方式需要对每一个传感器 进行手动测试和校准，不易于使用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题，提供一 种更加便捷的MEMS电容式传感器读出电路中失调电容的自动校准 电路及方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种失调电容自动校准电路， 包括振荡器以及电荷放大器；另有待校准的传感器电容连接所述电荷 放大器的输入端，所述电荷放大器用于检测所述传感器电容的差分变 化；所述自动校准电路还包括：

复位电路，用于接受所述振荡器的信号对所述电荷放大器进行复 位重置操作；

比较电路，用于读取并比较所述电荷放大器的输出信号；

逐次逼近电路，用于接受所述比较电路的比较结果并生成电容补 偿控制码；

补偿电容阵列电路，用于根据所述电容补偿控制码的指令对所述 传感器电容形成校正补偿电容。

所述补偿电容阵列电路包括若干个并联的电容，所述电容的电容 值采用二进制编码，最高位电容的电容值最高，最低位电容的电容值 最低。

所述电容补偿控制码包括用于控制所述补偿电容阵列电路整体 与所述电荷放大器连接的端口选择码，以及用于一一对应控制每一个 所述电容与所述电荷放大器连接开关的电容接入选择码。

所述电容接入选择码的位数与所述补偿电容阵列电路中所包含 的电容数量相对应。

此外，本发明还提供一种失调电容自动校准方法，包括如下步骤：

步骤1：比较电路读取并比较电荷放大器的输出信号，然后将比 较结果输送给逐次逼近电路；

步骤2：逐次逼近电路接受比较结果，生成端口选择码并发送给 补偿电容阵列电路；

步骤3：补偿电容阵列电路根据端口选择码的指令选择将补偿电 容加至电荷放大器的正端还是负端；