单片集成MEMS电容式压力传感器接口电路设计

       1 引 言

       单片集成是MEMS传感器发展的一个趋势，将传感器结构和接口电路集成在一块芯片上，使它具备标准IC工艺批量制造、适合大规模生产的优势，在降低了生产成本的同时还减少了互连线尺寸，抑制了寄生效应，提高了电路的性能。本文介绍的单片集成电容式压力传感器，传感器电容结构由多晶硅／栅氧／n阱硅构成，并通过体硅腐蚀和阳极键合等后处理工艺完成了电容结构的释放和腔的真空密封。接口电路基于电容一频率转化电路，该电路结构简单，并通过“差频”，消除了温漂和工艺波动的影响，具有较高的精度。

       2 接口电路原理及特性

       接口电路原理图和流水芯片照片如图1所示。该电路由两部分组成：电容一频率转化电路和差频电路。本电路采用张驰振荡器来实现电容-频率转化。张驰振荡器由电流源、CMOS传输门、施密特触发器构成。电路分为充电周期和放电周期。工作原理如下：假设最初Vout高电平，则开关S11闭合，S12断开，电路进入充电周期，电流源I对Cs进行充电，当Cs上的电压Vcs充电至施密特触发器高阈值电平VH时，施密特触发器发生翻转，Vout变为低电平，此时S11断开，S12闭合，电路进入放电周期，电流源对Cs进行放电，当电容上电压Vcs下降到施密特低阈值电平VL时，输出再次翻转，Vout变为高电平，电路又进入充电周期。如此循环，该部分电路输出一列频率与电容Cs相关的方波，实现了电容-频率的转化。为了实现差频功能，引进了参考电容Cr，并通过相同的G-f电路完成参考电容到参考频率fs的转化。D触发器则用于实现信号频率fs与参考频率fr的差值，实现差频电路功能。接口电路最后输出频率

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