[发明专利]一种基于采样保持器解调的差分电容检测电路

说明书

本发明一种基于采样保持器解调的差分电容检测电路，该电路包括电容读取前端电路、解调及低通滤波电路、A/D转换电路，以及用以控制载波频率与模拟开关驱动信号的数字信号处理器4。本发明中的解调及低通滤波电路采用采样保持器作为相敏解调方案，使解调输出信号的有效值接近包络的幅值，在解调的同时有效抑制高频载波、降低电容检测噪声；本发明在相同的电容检测增益下，降低器件的供电电压，从而降低芯片的静态功耗；将采样保持器的缓冲放大器解调电路与后级低通滤波器进行结合设计，节省了一个运算放大器，结构简单，有利于传感器小型化的产品设计。

技术领域

本发明涉及电容检测技术领域，尤其涉及一种基于采样保持器解调的差分电容检测电路。

背景技术

目前，在位移传感器、加速度传感器、陀螺仪等物理量变化会引起敏感电容变化的高精度传感器中，借助于各种信号调理电路可将微弱的电容信号转换成便于测量和传输的电压、电流或频率等形式，因此对电容检测电路有低噪声、低功耗、结构简单等需求。

已知有针对差分式电容传感器的传统调制解调型电容检测方案，具体为：首先通过调制电路将待测电容变化量转化为双边带抑制载波调幅波包络的电压变化量；然后通过模拟乘法器或电子开关进行相敏解调；最后通过低通滤波器滤除高频载波，恢复出电容变化信息。最终实现将电容信号转换成电压信号的调理过程。

这种传统的调制解调型电容检测电路中，相敏解调输出信号的包络即为电容变化信号，但包含丰富的高频载波信息，因而有效值仅为峰值的0.707倍，即调制过程中放大的幅度增益在解调过程中有一定损失。若能让解调输出信号的有效值尽可能达到包络的幅值，那么在相同的调制增益下，电路中器件的供电电压可以降低30％，静态功耗也随之降低，同时也有利于抑制高频载波、降低电容检测噪声。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于采样保持器解调的差分电容检测电路。本发明通过改进相敏解调方案来降低电容检测电路噪声和功耗。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于采样保持器解调的差分电容检测电路，该电路包括电容读取前端电路、解调及低通滤波电路、A/D转换电路和数字信号处理器；电容读取前端电路的输出端与解调及低通滤波电路的输入端连接；A/D转换电路的输入端与解调及低通滤波电路的输出端连接；电容读取前端电路用于完成一对差分电容变化量的调制与相减功能，将差分电容变化量转化为双边带抑制载波调幅波包络的电压变化量，输出双边带抑制载波调幅波；A/D转换电路用于将解调及低通滤波电路输出的电压信号转换为数字信号输入数字信号处理器；数字信号处理器用于控制电容读取前端电路的载波频率与解调及低通滤波电路中的模拟开关驱动信号；所述模拟开关驱动信号为与载波同频的周期性脉冲信号。

进一步地，所述解调及低通滤波电路通过采样保持器来鉴别电容读取前端电路输入的双边带抑制载波调幅波的相位，并将缓冲放大器设计为二阶压控电压源型低通滤波器，滤除载波信号。

进一步地，所述解调及低通滤波电路通过采样保持器包括模拟开关、采样电容、第一电阻、第二电阻、运算放大器、第一电容和第二电容；其中，模拟开关S的输入端为电容读取前端电路输出端，模拟开关S的输入信号为双边带抑制载波调幅波，采样时刻为调幅波峰值处；采样电容C_H一端接地，另一端接模拟开关S的输出端；第一电阻R₁一端接模拟开关S的输出端，另一端接第二电阻R₂；第二电阻R₂另一端接运算放大器的同相输入端；第一电容C₁一端接运算放大器的同相输入端，另一端接地；第二电容C₂一端接第一电阻R₁和第二电阻R₂的连接处，另一端接运算放大器的输出端。