專利名稱：：差分電容式傳感器檢測電路的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及微弱信號檢測技術，具體是一種差分電容式傳感器檢測電路。技術背景目前，MEMS器件一差分電容式傳感器的檢測電路有多種方法和電路來實現(xiàn)1、電容信號轉化成頻率信號方法；2、相位測量法；3、采用開關電容電路；4、采用調(diào)制解調(diào)型電路等，其中，在調(diào)制解調(diào)型電路中，經(jīng)常采用的電路如下所述輸出端與差分電容式傳感器活動極板相連的波形信號發(fā)生器、輸入端分別與差分電容式傳感器的兩固定電極相連的兩路C-V轉換電路、加法器、與加法器輸出端相連的全波整流電路、與全波整流電路輸出端相連的低通濾波電路、與低通濾波電路輸出端相連的跟隨輸出電路，一路C-V轉換電路的輸出端經(jīng)反相器后與另一路C-V轉換電路的輸出端與加法器的輸入端相連。但由于差分電容式傳感器所產(chǎn)生的信號極其微弱，一般都在PF量級，其電容變化量AC—般在10-15~10-18F，要檢測如此小的微小電容變化量，對檢測電路中的各部分電路的選取尤為重要，就目前所采用的檢測電路來說，其檢測精度不高，仍需要進一步優(yōu)化；另外，檢測電路一般都是制作在PCB板上的，其分布電容和寄生電容較大，使檢測電路信噪比較低，很難檢測到10-15~10-18^大小的電容變化量，不但限制了檢測電路檢測精度的提高，而且體積較大，使用條件受限，可靠性低。這就對檢測電路的設計以及制作工藝提出了更高的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有差分電容式傳感器采用的調(diào)制解調(diào)型檢測電路存在檢測精度不高的問題，提供了一種差分電容式傳感器檢測電路。本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的差分電容式傳感器檢測電路，包括波形信號發(fā)生器、C-V轉換電路、反相器、加法器、全波整流電路、低通濾波電路、跟隨輸出電路，所述全波整流電路包括集成運放U1B和三極管Q1，集成運放U1B的反相端經(jīng)電阻R21與加法器的輸出端out2相連，同相端經(jīng)電阻R19、R20與加法器的輸出端out2相連，反相端與其輸出端之間連接有電阻R22,電阻R19、R20的連接節(jié)點與三極管Q1的集電極相連，三極管Ql的基極經(jīng)電阻R17、R18與波形信號發(fā)生器的輸出端outl相連，電阻R17、R18的連接節(jié)點經(jīng)二極管D3接地。所述C-V轉換電路包括集成運放OP,集成運放OP的反相端與差分電容式傳感器的固定電極相連，反相端與其輸出端之間串聯(lián)有電容C與電阻R的并聯(lián)支路。所述電阻R為T型電阻網(wǎng)絡。C-V轉換電路中采用噪聲電壓較低的T型電阻網(wǎng)絡，保證了一定的轉換精度和較大的適應范圍，滿足了C-V轉換電路對低輸入阻抗及輸出阻抗的要求。波形信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形信號加于差分電容式傳感器的活動極板上，當差分電容式傳感器受到加速度作用時，加速度計差分電容的電容值產(chǎn)生變化，經(jīng)由差分電容式傳感器的固定極板輸出的兩路波形信號的波峰峰值也產(chǎn)生相應的變化；其中的一路波形信號經(jīng)反相器反相后，與另一路波形信號通過加法器相加并放大，經(jīng)加法器差分放大后得到的檢測信號，經(jīng)全波整流電路轉化為單向脈動電壓，再通過低通濾波電路濾除脈動電壓中的高頻成分，保留低頻電流，最后經(jīng)跟隨輸出電路輸出，得到與差分電容變化成線性的直流電壓輸出。本發(fā)明在所述波形信號發(fā)生器、c-v轉換電路、反相器、加法器、低通濾波電路、跟隨輸出電路是現(xiàn)有公知電路。其中，所述全波整流電路的工作過程如下OUt2是前級差分放大的輸出信號，outl是由波形信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形信號，幅值為(-U，+U)，outl在二極管D3單向導通的作用下加到后面三極管Q1基極上的電壓為(-U，0.7)，當電壓-U作用在三極管Ql的基極上時，該三極管Ql處于截止狀態(tài)，當0.7V的電壓作用在三極管Ql的基極上時，該三極管Ql處于導通狀態(tài)。取R21-R22，則^3=<[^2°，<2，最終實現(xiàn)全波整流。2ow/12>0對采用如上全波整流電路的本發(fā)明所述檢測電路進行性能測試由于差分電容式傳感器表頭檢測電容的總電容很小，約為lpF左右，因此，選用現(xiàn)有市場上PF量級的小電容，用兩個PF量級電容組成差分電容，作為與差分電容式傳感器表頭檢測電容相當?shù)牡刃щ娐?，并?284A高精度LRC表進行差分電容的標定，經(jīng)測試得測試數(shù)據(jù)如下表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>(V)從測試數(shù)據(jù)的可以看出，本發(fā)明所述檢測電路能測出的最小差分量級為10.16F，測量精度高，逐漸增大其差分值，最大為1PF。根據(jù)表1得到的線性擬合直線如圖3所示，其線性度為1.1325，非線性度小于0.5%。本發(fā)明結構合理，對差分電容式傳感器產(chǎn)生的微弱信號的檢測精度高，可靠性高。圖l為本發(fā)明的原理方框圖；圖2為本發(fā)明的具體電路原理圖；(圖中同標號相連)圖3為本發(fā)明經(jīng)測試得到的線性擬合直線；圖4為本發(fā)明采用厚膜混合集成技術集成后性能測試得到的線性擬合直線；圖中l(wèi)-波形信號發(fā)生器；2、3-C-V轉換電路；4-反相器；5-加法器；6-全波整流電路；7-低通濾波電路；8-跟隨輸出電路。具體實施方式差分電容式傳感器檢測電路，包括波形信號發(fā)生器1、C-V轉換電路2、3、反相器4、加法器5、全波整流電路6、低通濾波電路7、跟隨輸出電路8，所述全波整流電路包括集成運放U1B和三極管Ql，集成運放U1B的反相端經(jīng)電阻R21與加法器的輸出端out2相連，同相端經(jīng)電阻R19、R20與加法器的輸出端out2相連，反相端與其輸出端之間連接有電阻R22，電阻R19、R20的連接節(jié)點與三極管Ql的集電極相連，三極管Ql的基極經(jīng)電阻R17、R18與波形信號發(fā)生器的輸出端outl相連，電阻R17、R18的連接節(jié)點經(jīng)二極管D3接地。所述C-V轉換電路2、3包括集成運放OP，集成運放OP的反相端與差分電容式傳感器的固定電極相連，反相端與其輸出端之間串聯(lián)有電容C與電阻R的并聯(lián)支路。所述電阻R為T型電阻網(wǎng)絡。具體實施時，波形信號發(fā)生器采用方波信號發(fā)生器；兩路C-V轉換電路使用同一芯片的不同運算放大器來實現(xiàn)，保證了測試的準確性，內(nèi)部參數(shù)一致性，且選用一致的電阻和電容，實現(xiàn)兩差分電容的對稱電壓輸出，測量原理是利用典型的微分電路，利用流過電容的電流與電容兩端電壓之間的微分關系來組成微分電路，使輸出電壓與輸入電壓的微分、與電容值和電壓值成正比。兩路C-V轉換電路、反相器、加法器采用OPA627型運算放大器；方波信號發(fā)生器、全波整流電路、低通濾波電路、跟隨輸出電路采用MC33184型運算放大器。另外，針對以PCB板制作工藝加工的檢測電路存在精度低、體積大、可靠性低等問題，本發(fā)明所述檢測電路可以采用現(xiàn)有公知的厚膜混合集成技術來實現(xiàn)，進而提高檢測電路的檢測精度，減小體積，降低成本。采用厚膜混合集成技術集成的本發(fā)明所述的檢測電路的性能測試在完成檢測電路的基本參數(shù)測試，確定檢測電路及差分電容式傳感器表頭正常工作后，主要進行差分電容式傳感器的功能測試，即將厚膜混合集成的電容式傳感器固定在振動臺上，進行其動態(tài)測試，其測試數(shù)據(jù)如下表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從測試數(shù)據(jù)可以看出，采用厚膜混合集成技術集成的檢測電路的測試精度高、穩(wěn)定度高，能充分滿足對差分電容式傳感器微弱信號進行檢測的要求。權利要求1、一種差分電容式傳感器檢測電路，包括波形信號發(fā)生器(1)、C-V轉換電路(2、3)、反相器(4)、加法器(5)、全波整流電路(6)、低通濾波電路(7)、跟隨輸出電路(8)，其特征在于所述全波整流電路包括集成運放U1B和三極管Q1，集成運放U1B的反相端經(jīng)電阻R21與加法器的輸出端out2相連，同相端經(jīng)電阻R19、R20與加法器的輸出端out2相連，反相端與其輸出端之間連接有電阻R22，電阻R19、R20的連接節(jié)點與三極管Q1的集電極相連，三極管Q1的基極經(jīng)電阻R17、R18與波形信號發(fā)生器的輸出端out1相連，電阻R17、R18的連接節(jié)點經(jīng)二極管D3接地。2、根據(jù)權利要求1所述的差分電容式傳感器檢測電路，其特征在于所述C-V轉換電路(2、3)包括集成運放OP，集成運放OP的反相端與差分電容式傳感器的固定電極相連，反相端與其輸出端之間串聯(lián)有電容C與電阻R的并聯(lián)支路。3、根據(jù)權利要求2所述的差分電容式傳感器檢測電路，其特征在于所述電阻R為T型電阻網(wǎng)絡。全文摘要本發(fā)明涉及微弱信號檢測技術，具體是一種差分電容式傳感器檢測電路。解決了現(xiàn)有差分電容式傳感器的檢測電路檢測精度不高的問題，包括全波整流電路，所述全波整流電路包括集成運放U1B和三極管Q1，集成運放U1B的反相端經(jīng)電阻R21與加法器的輸出端out2相連，同相端經(jīng)電阻R19、R20與加法器的輸出端out2相連，反相端與其輸出端之間連接有電阻R22，電阻R19、R20的連接節(jié)點與三極管Q1的集電極相連，三極管Q1的基極經(jīng)電阻R17、R18與波形信號發(fā)生器的輸出端out1相連，電阻R17、R18的連接節(jié)點經(jīng)二極管D3接地。本發(fā)明結構合理，對差分電容式傳感器產(chǎn)生的微弱信號的檢測精度高，可靠性高。文檔編號G01P15/125GK101149391SQ20071013966公開日2008年3月26日申請日期2007年10月27日優(yōu)先權日2007年10月27日發(fā)明者俊劉,崔永俊,楊玉華,玲王,石云波,馬宗敏申請人:中北大學