用于壓力傳感器電容數字轉換器的研究與設計.pdf

1、基于MEMS技術的壓力傳感器廣泛用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速等的測量。壓阻式和電容式MEMS壓力傳感器是兩種常見類型的壓力傳感器。與壓阻式壓力傳感器相比，電容式壓力傳感器受溫度變化的影響較小。為了易于使用，具有數字輸出的電容型壓力傳感器有巨大的需求。
　　在壓力傳感器中，檢測電容變化的方法有很多，如電容轉電壓(C/V)、電容轉時間(C/T)等。傳統(tǒng)的方法是將電容的變化量轉化成電壓的變化量，然后利用模擬數字轉換器將其量化

2、成數字輸出。然而用這種方法輸出的電壓非常容易受電路固有噪聲以及環(huán)境噪聲的影響。直接將電容轉換為時間可以很好的避免傳統(tǒng)方法的問題，但是采用該方法受限于數字計數器的位寬，導致輸出的分辨率不高。
　　本文中提出了一種用于MEMS壓力傳感器電容轉換為數字信號的新穎的方法。將傳感器電容的變化量轉換為時間的差值，然后采用數字位增加技術實現高分辨率和高線性度的電容數字轉換器。轉換過程通過四個模塊，即電容時間轉換器(CTC)、時間數字轉換器(TD

3、C)、數字控制模塊，最后是數字位增加模塊。與當前傳感器能夠實現的分辨率相比，使用該技術的傳感器的分辨率改善非常大。而且使用該技術的系統(tǒng)不受電源電壓變化的影響以及能適應較寬的輸入范圍。使用標準0.25μm CMOS技術實現一個MEMS電容式壓力傳感器讀出電路，其輸入信號的帶為100Hz，標稱電容值為24pF，全范圍電容變化為8pF。仿真結果顯示該系統(tǒng)可檢測最小電容值為3.9aF，分辨率為21位，線性度為3.908ppm。芯片的面積1.06