本發(fā)明專利技術(shù)提供一種MEMS加速度計(jì)，所述MEMS加速度計(jì)包括加速度傳感器和加速度變化信號讀出電路，其中，所述加速度變化信號讀出電路包括模擬電路模塊和數(shù)字電路模塊，所述數(shù)字電路模塊包括數(shù)字低通濾波器。本發(fā)明專利技術(shù)所提供的MEMS加速度計(jì)在讀出電路中加入數(shù)字低通濾波器，能夠有效降低MEMS加速度計(jì)的噪聲，實(shí)現(xiàn)低噪聲加速度計(jì)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電路設(shè)計(jì)
，具體而言涉及一種MEMS加速度計(jì)。
技術(shù)介紹
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)即微機(jī)電系統(tǒng)，其含義是采用微細(xì)加工技術(shù)將微傳感器、控制器、制動器和電路集成一體的系統(tǒng)。MEMS加速度計(jì)是利用MEMS技術(shù)加工的一種加速度計(jì)。MEMS加速度計(jì)應(yīng)用廣泛，體積可以小到毫米級，采樣頻率可以從1赫茲到幾千赫茲。MEMS加速度計(jì)的感應(yīng)器件通常采用與微電子技術(shù)相近的工藝加工，因而便于與微電子電路集成，而其讀出電路通常采用集成電路設(shè)計(jì)，因而可以對信號進(jìn)行放大和噪聲優(yōu)化。MEMS加速度計(jì)的噪聲主要包括電容式或電感式傳感器的機(jī)械噪聲和微電子制造的讀出電路的電子噪聲。這些噪聲可以通過讀出電路中的模擬電路采用合理的架構(gòu)和低噪聲的電路來降低。然而，由于很難得到比較精準(zhǔn)的傳感器模型和噪聲模型，當(dāng)對傳感器和讀出電路封裝成的MEMS加速度計(jì)進(jìn)行測試時發(fā)現(xiàn)讀出電路中的模擬電路仿真得到的輸出結(jié)果和實(shí)際的測試數(shù)據(jù)會有很大的差別，特別是在噪聲性能上。這時只能重新設(shè)計(jì)電路和重新生產(chǎn)芯片。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種MEMS加速度計(jì)，所述MEMS加速度計(jì)包括加速度傳感器和加速度變化信號讀出電路。其中，所述加速度變化信號讀出電路包括模擬電路模塊和數(shù)字電路模塊，所述數(shù)字電路模塊包括數(shù)字低通濾波器。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器為系數(shù)可調(diào)的數(shù)字低通濾波器。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器的系數(shù)通過所述加速度變化信號讀出電路中的熔絲(EFUSE)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器的系數(shù)在所述MEMS加速度計(jì)的測試階段可調(diào)。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器的系數(shù)能夠在所述MEMS加速度計(jì)的測試階段被重新設(shè)計(jì)并寫入所述熔絲電路。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器的經(jīng)重新設(shè)計(jì)的系數(shù)在所述MEMS加速度計(jì)的應(yīng)用階段啟用。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器的系數(shù)基于在設(shè)定的傳感器模型和噪聲模型下的采樣數(shù)據(jù)。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器的系數(shù)寄存于濾波器系數(shù)寄存器中。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器為IIR數(shù)字低通濾波器。在本專利技術(shù)的一個實(shí)施例中，所述數(shù)字低通濾波器的階數(shù)為三階以下。本專利技術(shù)所提供的MEMS加速度計(jì)在讀出電路中加入數(shù)字低通濾波器，能夠有效降低MEMS加速度計(jì)的噪聲，實(shí)現(xiàn)低噪聲加速度計(jì)。附圖說明本專利技術(shù)的下列附圖在此作為本專利技術(shù)的一部分用于理解本專利技術(shù)。附圖中示出了本專利技術(shù)的實(shí)施例及其描述，用來解釋本專利技術(shù)的原理。附圖中：圖1示出了根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的MEMS加速度計(jì)的示例性架構(gòu)；圖2示出了根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的MEMS加速度計(jì)的數(shù)字電路模塊中的信號流程；圖3示出了根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的MEMS加速度計(jì)中的數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)流程；以及圖4出了根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的MEMS加速度計(jì)的測試和應(yīng)用。具體實(shí)施方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本專利技術(shù)更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本專利技術(shù)可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本專利技術(shù)發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，本專利技術(shù)能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本專利技術(shù)的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本專利技術(shù)的限制。在此使用時，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。為了徹底理解本專利技術(shù)，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本專利技術(shù)提出的技術(shù)方案。本專利技術(shù)的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本專利技術(shù)還可以具有其他實(shí)施方式。圖1示出了根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的MEMS加速度計(jì)100的示例性架構(gòu)。如圖1所示，MEMS加速度計(jì)100包括加速度傳感器101和加速度變化信號讀出電路102。例如，MEMS加速度計(jì)100為電容式MEMS加速度計(jì)。其中，加速度傳感器101將加速度的變化轉(zhuǎn)化成電容變化。加速度變化信號讀出電路102將電容的變化轉(zhuǎn)化成可以讀取的數(shù)字信號，以供后面電路做信號處理。加速度變化信號讀出電路102可以包括模擬電路模塊1021和數(shù)字電路模塊1022。其中，模擬電路模塊1021可以包括復(fù)用器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器和EFUSE電路。具體地，復(fù)用器可以選擇X、Y和Z軸中的一軸作為電容變化信號輸入；放大器將復(fù)用器選擇的電容變化信號放大濾波并進(jìn)行同步解調(diào)轉(zhuǎn)化為直流電壓；A/D轉(zhuǎn)換器將放大后的直流電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化后送給數(shù)字電路模塊1022進(jìn)行處理；EFUSE電路提供數(shù)字電路可修改的寄存器參數(shù)。數(shù)字電路模塊1022示出為邏輯模塊logic，圖2示出了根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的MEMS加速度計(jì)的數(shù)字電路模塊logic中的信號流程。如圖2所示，數(shù)字電路模塊1022中的信號流程可以包括模擬信號讀入、接口(例如interface(I2c,SPI))轉(zhuǎn)化、電源管理、寄存器編譯、先入先出(FIFO)讀寫、EFUSE控制和噪聲處理等。如上所述，MEMS加速度計(jì)的噪聲主要包括電容式或電感式傳感器的機(jī)械噪聲和微電子制造的讀出電路的電子噪聲。MEMS加速度計(jì)的質(zhì)量在毫克級別，加速度的變化通過質(zhì)量塊的移動轉(zhuǎn)化成質(zhì)量塊間電容的變化。加速度變化的時候空氣對質(zhì)量塊之間的遲滯效應(yīng)明顯，從而引起機(jī)械噪聲。MEMS加速度計(jì)可以通過加大質(zhì)量塊和抽真空減小機(jī)械噪聲。MEMS讀出電路的電子噪聲主要由電阻和MOS管產(chǎn)生，電子噪聲通常為高頻信號。因此，根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的MEMS加速度計(jì)100的加速度變化信號讀出電路102的模擬電路模塊1021可以采用合理的架構(gòu)和低噪聲的電路來降低噪聲，同時在數(shù)字電路模塊1022中加入數(shù)字低通濾波器(圖2中示例性地示出為IIR低通濾波器)濾除高頻噪聲從而降低整個加速度計(jì)的噪聲。具體地，該數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)可以基于在設(shè)定的傳感器模型和噪聲模型下的采樣數(shù)據(jù)。圖3示出了根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的MEMS加速度計(jì)中的數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)流程：(1)在設(shè)定的傳感器模型和噪聲模型下采樣一段時間的數(shù)據(jù)MEMS加速度計(jì)的采樣頻率即輸出數(shù)據(jù)率(output data rate,ODR)一般為1赫茲到幾千赫茲。為了得到真實(shí)且低噪聲的數(shù)據(jù)，讀出電路中的數(shù)字模塊(logic)可以將采樣頻率提高，通過低通濾波器后，再采用正常的采樣頻率(ODR)輸出到FIFO。(2)基于采樣數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)字低通濾波器，獲得濾波器系數(shù)例如，可以采用matlab仿真軟件來設(shè)計(jì)該數(shù)字低通濾波器。可以選擇合適的低通濾波器的類型(例如無限沖擊響應(yīng)IIR低通濾波器)、階數(shù)和采樣頻率，通過matlab程序運(yùn)行結(jié)果得到濾波器系數(shù)an～a1和bn～b0。值得注意的是，由于得到的系數(shù)全為小數(shù)，不適用于數(shù)字計(jì)算，因此可以本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種MEMS加速度計(jì)，其特征在于，所述MEMS加速度計(jì)包括加速度傳感器和加速度變化信號讀出電路，其中，所述加速度變化信號讀出電路包括模擬電路模塊和數(shù)字電路模塊，所述數(shù)字電路模塊包括數(shù)字低通濾波器。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種MEMS加速度計(jì)，其特征在于，所述MEMS加速度計(jì)包括加速度傳感器和加速度變化信號讀出電路，其中，所述加速度變化信號讀出電路包括模擬電路模塊和數(shù)字電路模塊，所述數(shù)字電路模塊包括數(shù)字低通濾波器。2.如權(quán)利要求1所述的MEMS加速度計(jì)，其特征在于，所述數(shù)字低通濾波器為系數(shù)可調(diào)的數(shù)字低通濾波器。3.如權(quán)利要求2所述的MEMS加速度計(jì)，其特征在于，所述數(shù)字低通濾波器的系數(shù)通過所述加速度變化信號讀出電路中的熔絲電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。4.如權(quán)利要求3所述的MEMS加速度計(jì)，其特征在于，所述數(shù)字低通濾波器的系數(shù)在所述MEMS加速度計(jì)的測試階段可調(diào)。5.如權(quán)利要求4所述的MEMS加速度計(jì)，其特征在于，所述數(shù)字低通濾波器的系數(shù)能夠在...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳羅平，
申請(專利權(quán))人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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