CN111130341B - 一种基于mems电容的数字闭环控制电荷泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其包括电荷泵、MEMS电容模块、C/D转换模块、数字控制器和D/A控制模块；所述电荷泵的输出端与所述MEMS电容模块的驱动电极相连，所述MEMS电容模块的驱动检测电极输出电容变化量信号到所述C/D转换模块；所述C/D转换模型将所述电容变化量信号转换成能够反映电容变化量的数字信号，并发送到所述数字控制器；所述数字控制器根据输入的数字信号和设定值产生数字控制信号，并发送到所述D/A控制模块；所述D/A控制模块根据所述数字控制信号生成模拟控制信号，并发送到所述电荷泵的输入端形成闭环。本发明可以广泛应用于电容式MEMS器件的驱动与检测领域。

Description

一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是关于一种基于MEMS(微机电)电容的数字闭环控制电荷泵。

背景技术

MEMS传感器具有体积小、重量轻、功耗低、价格低、可大批量生产等优点。随着MEMS传感器的日益发展，其测量精度、可靠性等方面性能不断提升，在军事领域和民用领域上均有着广泛应用。而在电容式MEMS器件小型化的发展过程中，伴随电容量的减小，部分电容式MEMS器件单靠供电电压无法实现驱动、闭环检测等功能。因此，部分电容式MEMS器件有着高压、高精度的驱动需求，如MEMS惯性传感器、MEMS静电驱动器等。

在单片集成***中，将供电电压转换至用于驱动的高压，一般会应用到电荷泵电路。如图1所示，在传统的模拟闭环电荷泵方案中，经电荷泵升压得到输出电压V_OUT后，由电阻R₁、R₂分压得到反馈电压V_FB，并与参考电压V_REF进行比较放大得到控制电压V_CTRL，通过压控振荡器控制时钟幅度大小，形成闭环。上述方案存在以下问题：由于高压电荷泵电路的驱动能力弱，需要采用大电阻分压网络，进而导致作为电压检测的反馈元件引入电阻噪声；不利于进行高精度的温度补偿；大电阻、大电容、放大器自身带来更大的功耗与面积损失；放大器引入的1/f噪声会降低MEMS器件精度，特别是对于部分主要应用于窄带的MEMS惯性器件。上述各因素均会降低电荷泵及MEMS器件整体的性能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其能克服模拟闭环控制带来的反馈元件引入电阻噪声与效率损失的问题，同时降低电路窄带噪声，进一步通过温度补偿提高MEMS器件在不同环境下的性能，提升MEMS器件的整体精度。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其包括电荷泵、MEMS电容模块、C/D转换模块、数字控制器和D/A控制模块；所述电荷泵的输出端与所述MEMS电容模块的驱动电极相连，将高压信号发送到所述MEMS电容模块，所述MEMS电容模块的驱动检测电极输出电容变化量信号到所述C/D转换模块；所述C/D转换模块将所述电容变化量信号转换成能够反映电容变化量的数字信号，并发送到所述数字控制器；所述数字控制器根据输入的数字信号和设定值产生数字控制信号，并发送到所述D/A控制模块；所述D/A控制模块根据所述数字控制信号生成模拟控制信号，并发送到所述电荷泵的输入端形成闭环。

进一步的，所述基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵还包括温度检测模块，所述温度检测模块的输入端与所述MEMS电容模块相连，输出端与所述数字控制器相连，将采集的所述MEMS电容模块的温度信号发送到所述数字控制器，实现温度补偿。

进一步的，所述电荷泵包括若干级充放电结构；除最后一级所述充放电结构外，其他各级所述充放电结构均包括一PMOS管和一电容，各级所述充放电结构中所述PMOS管的栅极与漏极短接，所述PMOS管的漏极分别与本级充放电结构中电容的正极和下一级充放电结构中PMOS管的源极相连，构成串联结构；第一级充放电结构中PMOS管的源极作为所述电荷泵的电压输入端V_IN，最后一级充放电结构包括另一PMOS管，且另一所述PMOS管的漏极作为所述电荷泵的高压输出端HV；各单数级充放电结构中电容的负极并联后与反相时钟输入端相连；各偶数级充放电结构中电容的负极并联后与正相时钟输入端相连。

进一步的，所述MEMS电容模块通过机械结构将所述电荷泵输入的高压信号转换至电容变化信号，所述机械结构包括两固定梳齿以及设置在两所述固定梳齿之间的可动梳齿，其中一所述固定梳齿与所述可动梳齿构成所述驱动电极与所述电荷泵相连，另一所述固定梳齿与所述可动梳齿构成所述驱动检测电极与所述C/D转换模块相连；所述可动梳齿与高频载波信号相连；所述可动梳齿在所述电荷泵输入的高压信号作用下在两所述固定梳齿之间移动时，产生的压差由所述驱动检测电极转换为电容量变化信号发送到所述C/D转换模块。

进一步的，所述C/D转换模块包括C/V模块和A/D模块；所述C/V模块用于产生能够反映所述MEMS电容模块的电容变化量的模拟电压信号；所述A/D模块用于将所述模拟电压信号转换为能够反映所述MEMS电容模块的电容变化量的数字信号。

进一步的，所述C/V模块包括OTA运算放大器、反馈电容、反馈电阻和模拟开关解调模块；所述OTA运算放大器的正向端与所述MEMS电容模块的驱动检测电极相连，所述OTA运算放大器的反向端与所述解调模块的输入端相连；所述反馈电容和反馈电阻并联在所述OTA运算放大器的正向端与输出端之间；所述模拟开关解调模块在高频载波的输入下，对所述OTA运算放大器输出的能够反映所述MEMS电容模块的电容变化量的模拟电压信号进行解调，解调结果发送至所述A/D模块。

进一步的，当输入所述模拟开关解调模块的高频载波与输入所述MEMS电容模块的高频载波信号一致时，通过电容检测得到的电压与电容量变化的比例关系只取决于所述MEMS电容的固有机械结构。

进一步的，所述A/D模块包括环路滤波模块、量化器和DAC反馈模块；所述环路滤波模块的输入端与所述C/V模块的输出端、所述DAC反馈模块的输出端以及外接控制电压相连；所述环路滤波模块的输出端与所述量化器的输入端相连；所述量化器的输出端分别与所述DAC反馈模块的输入端和所述数字控制器相连。

进一步的，所述数字控制器包括温度补偿单元、数字解调单元、逻辑运算单元、低通滤波单元和比例积分控制单元；所述温度补偿单元的输入端分别与所述C/D转换模块的输出端、所述温度检测模块的输出端相连，所述温度补偿单元的输出端与所述数字解调单元的输入端相连；所述数字解调单元的输入端还与高频载波信号相连，所述数字解调单元的输出端与所述逻辑运算单元相连；所述逻辑运算单元还与设定值输入端相连，用于计算数字解调单元的输出与设定值的差值并发送到低通滤波单元；所述低通滤波单元的输出端与所述比例积分控制单元的输入端相连，所述比例积分控制单元的输出端与所述D/A控制模块相连。

进一步的，所述D/A控制模块包括三种D/A控制方案：方案I通过调节所述电荷泵的输入电压实现闭环控制，其包括第一D/A转换模块和第一放大器；所述第一D/A转换模块对所述数字控制器输出的数字控制信号进行转换得到第一模拟信号发送到所述第一放大器，所述第一放大器根据所述第一模拟信号控制输入所述电荷泵的电源电压的幅值，所述电荷泵的正相和反相时钟输入端与输入时钟直接相连；方案II通过调节所述电荷泵的时钟幅度实现闭环控制，包括第二D/A转换模块和第二放大器；所述第二D/A转换模块对所述数字控制器输出的数字控制信号进行转换得到第二模拟信号后发送到所述第二放大器，所述第二放大器根据所述第二模拟信号控制所述电荷泵时钟输入的幅值，所述电荷泵的电源电压输入端与电源电压直接相连；方案III通过调节所述电荷泵时钟频率实现闭环控制，包括数字延迟锁相环模块和第三D/A转换模块；t-1时刻，所述数字延迟锁相环模块根据所述数字控制器输出的数字控制信号在t时刻生成输出时钟，上述每1时刻均代表所述数字延迟锁相环模块的1个完整周期；所述第三D/A转换模块根据所述输出时钟控制所述电荷泵的时钟输入；所述电荷泵的电源电压输入端与电源电压直接相连。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明基于MEMS电容与数字控制闭环结构，利用电容式MEMS器件的固有机械特性，可降低更适用于电容式MEMS器件的闭环电荷泵的噪声、功耗、面积与温度漂移。2、本发明中通过电容检测得到的电压与电容量变化的比例关系只取决于MEMS电容固有机械结构，进一步可以作为电容式MEMS器件基准源。3、本发明采用的数字控制器能够得到驱动高压信号的数字信息，可用于部分MEMS器件接口电路的驱动补偿，提升MEMS器件的整体性能。因此，本发明可以广泛应用于电容式MEMS器件驱动领域。

附图说明

图1是现有技术中一种模拟闭环控制电荷泵框图；

图2是本发明基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵的原理框图；

图3是本发明一实施例的D/A控制模块与电荷泵原理图；

图4a是本发明一实施例的MEMS电容模块单端滑膜阻尼梳齿机械结构示意图；

图4b是本发明一实施例的MEMS电容模块原理示意图；

图5是本发明一实施例的电容-数字电压转换模块(C/D)单端原理图；

图6是本发明一实施例的数字控制器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图2所示，基于电容式MEMS器件的固有机械特性，本发明提供一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵(以下简称电荷泵)，该电荷泵用于产生高压驱动信号，并对该高压驱动信号进行MEMS电容检测及数字闭环控制。具体的，其包括电荷泵1、MEMS电容模块2、C/D转换模块3、数字控制器4、D/A控制模块5和温度检测模块6；电荷泵1输出的高压信号HV与MEMS电容模块2的输入端驱动电极相连，MEMS电容模块2的驱动检测电极输出电容变化量信号，并发送到C/D转换模块3；C/D转换模块3产生能够反映该电容变化量的数字信号D<n-1:0>，并发送到数字控制器4，实现基于MEMS电容的高压检测；数字控制器4根据该反应电容变化量的数字信号D<n-1:0>和设定值(与电荷泵1的理想输出电压相对应)，实现数字解调、高频噪声的滤除与控制，得到数字控制信号D<n-1:0>_fb发送到D/A控制模块5；D/A控制模块5根据数字控制器4输出的数字控制信号D<n-1:0>_fb得到模拟控制信号(包括电荷泵1的输入电压和时钟信号)并反馈至电荷泵1，实现基于MEMS电容的电荷泵电路数字闭环控制；同时，温度检测模块6采集MEMS电容模块2的温度信号，并将该温度信号的数字信息传递至数字控制器4，实现温度补偿。

上述各实施例中，如图3所示，电荷泵1采用多级Dickson模块串联结构，电荷泵1的输入端为D/A控制模块5提供的模拟控制信号，即输入电压和时钟信号；电荷泵1的输出端为高压信号HV，相连至MEMS电容模块2的驱动电极。具体的，电荷泵1包括若干级充放电结构(本发明以三级串联结构为例进行介绍，但不限于此)，除最后一级充放电结构外，其他各级充放电结构均包括一PMOS管和一电容，且各级充放电结构中，PMOS管的栅极与漏极短接，PMOS管的漏极分别与本级充放电结构中电容的正极和下一级充放电结构中PMOS管的源极相连，构成串联结构；最后一级充放电结构包括一PMOS管，第一级充放电结构中PMOS管的源极作为电荷泵1的电压输入端V_IN，最后一级充放电结构中PMOS管的漏极作为电荷泵1的高压输出端HV；各单数级充放电结构中电容的负极并联后与反相时钟输入端相连；各偶数级充放电结构中电容的负极并联后与正相时钟输入端相连。通过时钟的高低电平切换实现PMOS管的交替开关状态，实现每一级充放电结构中电容的交替充放电，以此类推，电荷向后级不断传输，并在各节点的电容中不断积累，节点电压不断泵升，进而实现电源低压信号向高压驱动电压信号的直流-直流(DC-DC)转换。

上述各实施例中，由于PMOS管基极(Bulk)可以外接除V_DD之外的其他电压，因此，将最后一级充放电结构中的PMOS管的基极相连至电荷泵1的高压输出端HV，类似地，将其他级充放电结构中PMOS管的基极分别相连至本级充放电结构中PMOS管的漏极端，可以提升电荷泵转换效率。

上述各实施例中，电荷泵1的高压输出端HV还可以外接其他负载。

上述各实施例中，MEMS电容模块2通过其机械结构将输入的高压信号转换至电容变化信号(±ΔC)，实现高压检测功能。本发明以变面积梳齿电容结构为例进行介绍，如图4a所示为MEMS电容模块单端滑膜阻尼梳齿机械结构示意图，如图4b所示为MEMS电容模块原理示意图。电极分布上，MEMS电容模块2分为驱动电极与驱动检测电极。机械结构上，MEMS电容模块2由与基座相连的固定梳齿和与质量块相连的可动梳齿构成，梳齿成平行交叠、间隔分布状排列，当振动方向为纵向时，上下两侧梳齿均为固定结构，中间梳齿为可动结构；驱动电极端的固定梳齿输入MEMS电容模块的驱动高压信号HV，中间可动梳齿输入高频载波信号ref₁；当固定梳齿与可动梳齿之间存在压差时，根据虚位移原理，它们之间会产生静电力，该静电力驱动可动梳齿沿纵向方向振动，导致梳齿间交叠面积的变化，从而导致电容量的变化；由此，驱动检测电极端的固定梳齿便可将该振动信号转换为电容变化信号，此时通过将MEMS电容模块2的驱动检测电极作为输出端，相连至C/D转换模块3，便可实现MEMS电容的高压检测。

上述各实施例中，如图5所示，C/D转换模块3包括C/V模块和A/D模块，用于实现电容变化信号至数字信号的转换，即电容检测功能。C/D转换模块3的输入端为MEMS电容模块2输出的电容变化量C₀±ΔC，其中，C₀是振动振幅为0时的电容量；C/D转换模块3的输出端为反映MEMS电容模块电容量变化(±ΔC)的数字信号D<n-1:0>，相连至数字控制器4，其中n为C/D转换模块3中A/D模块内的量化器位数。本发明中C/D转换模块3通过利用MEMS电容的固有机械特性实现高压检测，有效避免了现有技术中模拟闭环电荷泵的反馈回路中需求的大电阻、大电容、运算放大器等器件带来的噪声、高功耗、面积效率损失等问题。

上述各实施例中，如图5中C/V转换模块部分所示，C/D转换模块3中的C/V模块包括OTA运算放大器、反馈电容C_f、反馈电阻R_f和模拟开关解调模块；其中，电容变化量信号C₀±ΔC输入至OTA运算放大器的正向端，OTA运算放大器的正向端与输出端之间并联相连反馈电容C_f和反馈电阻R_f，OTA运算放大器的输出端为反映MEMS电容模块电容量变化(±ΔC)的模拟电压信号V_{p/n_carr}，该模拟电压信号V_{p/n_carr}经模拟开关解调模块解调后得到模拟电压信号V_p/n，输入至A/D转换模块。

同时，当C/D转换模块3中C/V模块的输入高频载波信号ref₂与MEMS电容模块2的输入高频载波信号ref₁保持一致时，即当ref₁＝ref₂时，即使它们受到环境因素影响而共同变大或者共同变小，也不会影响电容检测电路的结果。因此，模拟电压信号V_p/n与MEMS电容模块2的电容量变化(±ΔC)的比例关系只取决于MEMS电容固有的机械结构，而不会受到温度等环境因素的影响，从而可以作为一种电容式MEMS器件基准源。

另外，上述采用模拟开关解调模块进行模拟开关解调仅是一种实现方式，还可以采用数字解调的方式，直接得到反映电容量变化的数字信号，详见数字控制器4的说明。

在一个优选的实施例中，如图5中A/D模块部分所示，C/D转换模块3中的A/D模块(即Σ-Δ(Sigma-Delta)ADC)包括环路滤波模块、量化器和DAC反馈模块。该A/D模块的输入为模拟电压信号V_p/n，其经过环路滤波模块和量化器后得到反映MEMS电容模块2电容量变化的数字信号D<n-1:0>，作为整体C/D转换模块3的输出。同时，该数字信号D<n-1:0>经过DAC反馈模块形成反馈模拟信号，该反馈模拟信号与C/V模块输出的模拟电压信号V_p/n进行逻辑运算后，与环路滤波模块的输入端相连，实现Sigma-Delta调制，即实现噪声整形和量化输出。外接控制电压作用在环路滤波模块上，实现调谐，以适应于不同的工作环境。

上述各实施例中，如图6所示，数字控制器4包括温度补偿单元、数字解调单元、逻辑运算单元、低通滤波单元、PI(比例积分)控制单元等。其中，数字控制器4的输入端为C/D转换模块3输出的数字信号D<n-1:0>和设定值(与电荷泵1的理想输出电压相对应)；同时，于MEMS电容模块2处通过温度检测模块6采集获得的温度信号作为温度补偿单元的输入，高频载波信号ref_{2_d}作为数字解调单元的输入；数字控制器4的输出为数字信号D<n-1:0>_fb，发送至D/A控制模块5。C/D转换模块3输出的数字信号D<n-1:0>经过温度补偿单元和数字解调单元后，得到还原后的数字电压信号，该数字电压信号具有良好温度稳定性，同时通过数字解调方式有效地避免了模拟开关解调模块引入的低频噪声；之后，逻辑运算单元比较还原后的电压数字信号与设定值，其差值经过低通滤波单元和PI控制单元后，实现高频噪声的滤除与数字控制，作为数字控制器4的输出发送至D/A控制模块5。

其中，数字控制器4的时钟复用电荷泵1的时钟输入，可提升MEMS器件接口电路效率。同时，将通过数字控制器4得到的驱动高压信号的数字信息用于MEMS器件接口电路的驱动补偿，可以进一步提高接口电路的精度。以电容式MEMS陀螺为例，驱动补偿可以促使驱动轴更加稳定地工作在二阶***谐振频率点处，从而提升电容式MEMS陀螺整体的性能。

上述各实施例中，如图3所示，D/A控制模块5的输入为电源电压V_DD、数字信号D<n-1:0>_fb和输入时钟；D/A控制模块5的输出为电荷泵1的输入电压V_IN或时钟信号CLKP、CLKN，上述模拟控制信号发送至电荷泵1的电压或时钟输入端，形成闭环。D/A控制模块5包括三种D/A控制方案：

D/A控制模块5的方案I通过调节电荷泵1的输入电压V_IN实现闭环控制，其包括第一D/A转换模块和放大器K₁；数字控制器4输出的数字信号D<n-1:0>_fb经过第一D/A转换模块输出模拟信号，该模拟信号通过放大器K₁放大后控制电荷泵1输入电压V_IN的幅值，电荷泵1的正相时钟和反相时钟输入端分别与恒定输入时钟CLKP、CLKN直接相连。

D/A控制模块5的方案II通过调节电荷泵1的时钟CLKP、CLKN的幅度实现闭环控制，包括第二D/A转换模块和放大器K₂；数字控制器4输出的数字信号D<n-1:0>_fb经过第二D/A转换模块输出模拟信号，该模拟信号通过放大器K₂放大后控制电荷泵1的正相时钟和反相时钟输入CLKP、CLKN的幅值，电荷泵1的输入电压端V_IN与电源电压V_DD直接相连。

D/A控制模块5的方案III通过调节电荷泵1的时钟CLKP、CLKN的频率实现闭环控制，包括数字延迟锁相环(DLL，Delay-Locked Loop)模块和第三D/A转换模块；数字控制器4输出的数字信号D<n-1:0>_fb作为[t-1]时刻数字DLL模块的输入时钟端，通过数字DLL模块内部的控制逻辑，对其[t-1]时刻的输入时钟和[t-1]时刻的反馈时钟进行抽样与比较，从而调整可变延迟线，生成[t]时刻的DLL输出时钟，上述每1时刻均代表数字DLL模块的1个完整周期；该DLL输出时钟信号经过第三D/A转换模块输出模拟时钟信号，相连至电荷泵1的正相时钟和反相时钟输入端CLKP、CLKN；电荷泵1的输入电压端V_IN与电源电压V_DD直接相连。

上述各实施例中，部分电源供电及时钟信号为达到简化目的而未在图中画出。其中，各模块均为单电源供电，电源电压为V_DD，通过参考电压V_ref实现差分C/V模块检测。

上述各实施例中，V_ref＝V_DD/2。

综上所述，本发明基于MEMS电容检测、数字控制闭环结构，利用电容式MEMS器件的固有机械特性，具有更适用于电容式MEMS器件的低噪声、低功耗、面积小、温度稳定性好等优点。同时，通过电容检测得到的电压与电容量变化的比例关系只取决于MEMS电容固有机械结构，进一步可以作为电容式MEMS器件基准源；采用的数字控制器4能够得到驱动高压信号的数字信息D<n-1:0>，可用于部分MEMS器件接口电路的驱动补偿，提升MEMS器件的整体性能；电荷泵和数字控制器可复用时钟。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：其包括电荷泵、MEMS电容模块、C/D转换模块、数字控制器和D/A控制模块；

所述电荷泵的输出端与所述MEMS电容模块的驱动电极相连，将高压信号发送到所述MEMS电容模块，所述MEMS电容模块的驱动检测电极输出电容变化量信号到所述C/D转换模块；

所述C/D转换模块将所述电容变化量信号转换成能够反映电容变化量的数字信号，并发送到所述数字控制器；

所述数字控制器根据输入的数字信号和设定值产生数字控制信号，并发送到所述D/A控制模块；

所述D/A控制模块根据所述数字控制信号生成模拟控制信号，并发送到所述电荷泵的输入端形成闭环。

2.如权利要求1所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：其还包括温度检测模块，所述温度检测模块的输入端与所述MEMS电容模块相连，输出端与所述数字控制器相连，将采集的所述MEMS电容模块的温度信号发送到所述数字控制器，实现温度补偿。

3.如权利要求1所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：所述电荷泵包括若干级充放电结构；

除最后一级所述充放电结构外，其他各级所述充放电结构均包括一PMOS管和一电容，各级所述充放电结构中所述PMOS管的栅极与漏极短接，所述PMOS管的漏极分别与本级充放电结构中电容的正极和下一级充放电结构中PMOS管的源极相连，构成串联结构；

第一级充放电结构中PMOS管的源极作为所述电荷泵的电压输入端V_IN，最后一级充放电结构包括另一PMOS管，且另一所述PMOS管的漏极作为所述电荷泵的高压输出端HV；

各单数级充放电结构中电容的负极并联后与反相时钟输入端相连；

各偶数级充放电结构中电容的负极并联后与正相时钟输入端相连。

4.如权利要求1所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：所述MEMS电容模块通过机械结构将所述电荷泵输入的高压信号转换至电容变化信号，所述机械结构包括两固定梳齿以及设置在两所述固定梳齿之间的可动梳齿，其中一所述固定梳齿与所述可动梳齿构成所述驱动电极与所述电荷泵相连，另一所述固定梳齿与所述可动梳齿构成所述驱动检测电极与所述C/D转换模块相连；所述可动梳齿与高频载波信号相连；所述可动梳齿在所述电荷泵输入的高压信号作用下在两所述固定梳齿之间移动时，产生的压差由所述驱动检测电极转换为电容量变化信号发送到所述C/D转换模块。

5.如权利要求1所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：所述C/D转换模块包括C/V模块和A/D模块；

所述C/V模块用于产生能够反映所述MEMS电容模块的电容变化量的模拟电压信号；

所述A/D模块用于将所述模拟电压信号转换为能够反映所述MEMS电容模块的电容变化量的数字信号。

6.如权利要求5所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：所述C/V模块包括OTA运算放大器、反馈电容、反馈电阻和模拟开关解调模块；

所述OTA运算放大器的正向端与所述MEMS电容模块的驱动检测电极相连，所述OTA运算放大器的输出端与所述模拟开关解调模块的输入端相连；

所述反馈电容和反馈电阻并联在所述OTA运算放大器的正向端与输出端之间；

所述模拟开关解调模块在高频载波的输入下，对所述OTA运算放大器输出的能够反映所述MEMS电容模块的电容变化量的模拟电压信号进行解调，解调结果发送至所述A/D模块。

7.如权利要求6所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：当输入所述模拟开关解调模块的高频载波与输入所述MEMS电容模块的高频载波信号一致时，通过电容检测得到的电压与电容量变化的比例关系只取决于所述MEMS电容的固有机械结构。

8.如权利要求5所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：所述A/D模块包括环路滤波模块、量化器和DAC反馈模块；

所述环路滤波模块的输入端与所述C/V模块的输出端、所述DAC反馈模块的输出端以及外接控制电压相连；所述环路滤波模块的输出端与所述量化器的输入端相连；

所述量化器的输出端分别与所述DAC反馈模块的输入端和所述数字控制器相连。

9.如权利要求2所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：所述数字控制器包括温度补偿单元、数字解调单元、逻辑运算单元、低通滤波单元和比例积分控制单元；

所述温度补偿单元的输入端分别与所述C/D转换模块的输出端、所述温度检测模块的输出端相连，所述温度补偿单元的输出端与所述数字解调单元的输入端相连；

所述数字解调单元的输入端还与高频载波信号相连，所述数字解调单元的输出端与所述逻辑运算单元相连；

所述逻辑运算单元还与设定值输入端相连，用于计算数字解调单元的输出与设定值的差值并发送到低通滤波单元；

所述低通滤波单元的输出端与所述比例积分控制单元的输入端相连，所述比例积分控制单元的输出端与所述D/A控制模块相连。

10.如权利要求1所述的一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵，其特征在于：所述D/A控制模块包括三种D/A控制方案：

方案I通过调节所述电荷泵的输入电压实现闭环控制，其包括第一D/A转换模块和第一放大器；所述第一D/A转换模块对所述数字控制器输出的数字控制信号进行转换得到第一模拟信号发送到所述第一放大器，所述第一放大器根据所述第一模拟信号控制输入所述电荷泵的电源电压的幅值，所述电荷泵的正相和反相时钟输入端与输入时钟直接相连；

方案II通过调节所述电荷泵的时钟幅度实现闭环控制，包括第二D/A转换模块和第二放大器；所述第二D/A转换模块对所述数字控制器输出的数字控制信号进行转换得到第二模拟信号后发送到所述第二放大器，所述第二放大器根据所述第二模拟信号控制所述电荷泵时钟输入的幅值，所述电荷泵的电源电压输入端与电源电压直接相连；

方案III通过调节所述电荷泵时钟频率实现闭环控制，包括数字延迟锁相环模块和第三D/A转换模块；t-1时刻，所述数字延迟锁相环模块根据所述数字控制器输出的数字控制信号在t时刻生成输出时钟，上述每1时刻均代表所述数字延迟锁相环模块的1个完整周期；所述第三D/A转换模块根据所述输出时钟控制所述电荷泵的时钟输入；所述电荷泵的电源电压输入端与电源电压直接相连。

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