具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计

摘要

本发明提供一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，包括：双谐振结构的微机械洛伦兹力磁强计，包括第一微机械谐振结构及第二微机械谐振结构，所述第一微机械谐振结构与所述第二微机械谐振结构相同，二者间隔分布于同一磁场内，且所述第一微机械谐振结构的表面及所述第二微机械谐振结构的表面与所述磁场相垂直；检测电路，与所述第一微机械谐振结构及所述第二微机械谐振结构电连接，所述接口检测电路包括全差分开环检测电路或静电力平衡闭环检测电路。本发明的磁强计具有较好的零漂移稳定性及较好的温度特性。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计。

背景技术

微机械洛仑兹力磁强计是一种用来测量周围环境磁场强度的MEMS传感器，其工作原理是通过导线通路在微机械结构上流过激励电流(I)并与外界磁场正交作用产生洛伦兹力F

基于调幅(AM)检测原理的微机械磁强计通常采用单个谐振器结构，谐振器在谐振的工作状态下，即当微机械结构的振动频率与固有谐振频率相等时，振幅达到最大，通过开环接口电路进行电容/电压(C/V)转换得到振幅信息。由于谐振器结构的振幅大小与品质因素(Q)和洛伦兹力F

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，用于解决现有技术中的的洛伦兹力磁强计存在的零漂移稳定性及温度特性等方面的不足的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，所述的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计及其接口检测电路包括：

双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，包括第一微机械谐振结构及第二微机械谐振结构，所述第一微机械谐振结构与所述第二微机械谐振结构相同，二者间隔分布于同一磁场内，且所述第一微机械谐振结构的表面及所述第二微机械谐振结构的表面与所述磁场相垂直；

接口检测电路，与所述第一微机械谐振结构及所述第二微机械谐振结构电连接，所述检测电路包括全差分开环检测电路或静电力平衡闭环检测电路；其中，

所述全差分开环检测电路包括：第一自激谐振闭环电路、第二自激谐振闭环电路、第一激励电流发生电路、第二激励电流发生电路、第一解调差分电路及第二解调差分电路；所述第一自激谐振闭环电路与所述第一微机械谐振结构相连接，用于使得所述第一微机械谐振结构自激振荡以产生第一谐振输出信号，所述第一激励电流发生电路与所述第一微机械谐振结构及所述第一自激谐振闭环电路相连接，用于依据所述第一谐振输出信号产生第一激励电流，所述第一激励电流与所述磁场作用在所述第一微机械谐振结构上产生第一洛伦兹力，所述第一解调差分电路与所述第一自激谐振闭环电路相连接；所述第二自激谐振闭环电路与所述第二微机械谐振结构相连接，用于使得所述第二微机械谐振结构自激振荡以产生第二输出信号，所述第二激励电流发生电路与所述第二微机械谐振结构及所述第二自激谐振闭环电路相连接，用于依据所述第二谐振输出信号产生第二激励电流，所述第二激励电流的相位与所述第一激励电流的相位相反，所述第二激励电流与所述磁场作用在所述第二微机械谐振结构上产生第二洛伦兹力，所述第二洛伦兹力与所述第一洛伦兹力的大小相等、方向相反；所述第二解调差分电路与所述第二自激谐振闭环电路相连接；

所述静电力平衡闭环检测电路包括自激谐振闭环电路、激励电流发生电路、自时钟发生电路及基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路；所述自激谐振闭环电路与所述第一微机械谐振结构相连接，用于使得所述第一微机械谐振结构自激振荡以产生一谐振输出信号，所述激励电流发生电路与所述第二微机械谐振结构及所述自激谐振闭环电路相连接，用于依据所述谐振输出信号产生一激励电流，所述激励电流与所述磁场作用在所述第二微机械谐振结构上产生一洛伦兹力；所述自时钟发生电路与所述自激谐振闭环电路电连接；所述基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路与所述第二微机械谐振结构相连接，用于依据所述洛伦兹力产生一数字流信号，所述数字流信号控制一反馈电压作用于所述第二微机械谐振结构上，以产生一反馈静电力，所述反馈静电力与所述洛伦兹力大小相等、方向相反。

作为本发明具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选的方案，所述第一微机械谐振结构及所述第二微机械谐振机构均包括：

H形可动结构，所述H形可动结构包括：H形可动柱、若干个可动梳齿、折叠梁及第一锚点，其中，所述H形可动柱包括两条平行间隔排布的第一可动柱及位于两所述第一可动柱之间且与所述第一可动柱垂直连接的第二可动柱；所述可动梳齿一一对应设置于所述第二可动柱两侧，且位于所述第二可动柱一侧的所述可动梳齿平行间隔分布；所述折叠梁位于所述第一可动柱外侧，一端与所述第一可动柱相连接，另一端与所述第一锚点相连接；

固定梳齿结构，位于所述第二可动柱的两侧，所述固定梳齿结构包括：固定梳齿、固定部及第二锚点，其中，所述固定梳齿插入至所述可动梳齿之间，且与所述可动梳齿交替间隔排布，所述固定部一端与所述固定梳齿远离所述第二可动柱的一端相连接，另一端与所述第二锚点相连接。

作为本发明具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选的方案，所述折叠梁及所述第一锚点的数量均为四个，四个所述折叠梁分别两两对称地设置于所述第一可动柱的外侧，且所述折叠梁一端与不同的所述第一锚点相连接，另一端连接至所述第一可动柱的不同端。

作为本发明具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选的方案，所述第一自激谐振闭环电路与位于所述第一微机械谐振结构中的所述第二可动柱两侧的所述第二锚点相连接，其中，位于所述第一微机械谐振结构中的所述第二可动柱一侧的所述第二锚点作为所述第一微机械谐振结构的驱动电极，位于所述第一微机械谐振结构中的所述第二可动柱另一侧的所述第二锚点作为所述第一微机械谐振结构的检测电极；

所述第一激励电流发生电路与所述第一自激谐振闭环电路及位于所述第一微机械谐振结构中的所述第一锚点相连接；

所述第二自激谐振闭环电路与位于所述第二微机械谐振结构中的所述第二可动柱两侧的所述第二锚点相连接，其中，位于所述第二微机械谐振结构中的所述第二可动柱一侧的所述第二锚点作为所述第二微机械谐振结构的驱动电极，位于所述第二微机械谐振结构中的所述第二可动柱另一侧的所述第二锚点作为所述第二微机械谐振结构的检测电极；

所述第二激励电流发生电路与所述第二自激谐振闭环电路及位于所述第二微机械谐振结构中的所述第一锚点相连接。

作为本发明具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选的方案，所述第一自激谐振闭环电路包括第一跨阻放大器、第一多位模数转换电路、第一数字锁相环、第一数字自动增益控制器及第一乘法器；其中，所述第一跨阻放大器的一输入端与所述第一微机械谐振结构的所述检测电极电连接，所述第一跨阻放大器的另一输入端接地；所述第一多位模数转换电路的输入端与所述第一跨阻放大器的输出端及所述第一激励电流发生电路电连接，所述第一多位模数转换电路的输出端与所述第一解调差分电路、所述第一数字锁相环的输入端及所述第一数字自动增益控制器的输入端电连接；所述第一数字锁相环的输出端及所述第一数字自动增益控制器的输出端均经由所述乘法器与所述第一微机械谐振结构的所述驱动电极电连接；

所述第二自激谐振闭环电路包括第二跨阻放大器、第二多位模数转换电路、第二数字锁相环、第二数字自动增益控制器及第二乘法器，其中，所述第二跨阻放大器的一输入端与所述第二微机械谐振结构的所述检测电极电连接，所述第二跨阻放大器的另一输入端接地；所述第二多位模数转换电路的输入端与所述第二跨阻放大器的输出端及所述第二激励电流发生电路电连接，所述第二多位模数转换电路的输出端与所述第二解调差分电路、所述第二数字锁相环的输入端及所述第二数字自动增益控制器的输入端电连接；所述第二数字锁相环的输出端及所述第二数字自动增益控制器的输出端均经由所述乘法器与所述第二微机械谐振结构的所述驱动电极电连接。

作为本发明具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选的方案，所述第一解调差分电路包括第一低通滤波器及第三乘法器，所述第一低通滤波器的输入端经由所述第三乘法器与所述第一多位模数转换电路的输出端电连接；所述第二解调差分电路包括第二低通滤波器及第四乘法器，所述第二低通滤波器的输入端经由所述第四乘法器与所述第二多位模数转换电路的输出端电连接；所述第一低通滤波器的输出端与所述第二低通滤波器的输出端电连接后共同作为所述具有检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的信号输出端。

作为本发明具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选方案，所述第一激励电流发生电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器、第八电阻器及第一电容器；其中，所述第一电阻器、所述第二电阻器、所述第三电阻器、所述第四电阻器及所述第五电阻器依次串联，所述第一电阻器远离所述第二电阻器的一端接地，所述第五电阻器远离所述第四电阻器的一端与所述第一自激谐振闭环电路电连接；所述第一电容器与所述第四电阻器并联；所述第一运算放大器的正向输入端连接于所述第一电阻器与所述第二电阻器之间，所述第一运算放大器的负向输入端连接于所述第四电阻器与所述第五电阻器之间，所述第一运算放大器的输出端连接于所述第三电阻器与所述第四电阻器之间；所述第二运算放大器的正向输入端连接于所述第二电阻器与所述第三电阻器之间，所述第二运算放大器的负向输入端及输出端均与所述第六电阻器的一端相连接，所述第六电阻器的另一端与所述第七电阻器相连接；所述第三运算放大器的负向输入端连接于所述第六电阻器与所述第七电阻器之间，所述第三运算放大器的正向输入端与所述第八电阻器的一端相连接，所述第八电阻器的另一端接地；所述第一微机械谐振结构的所述H形可动柱一侧的所述第一锚点连接于所述第二电阻器与所述第三电阻器之间，所述第一微机械谐振结构的所述H形可动柱另一侧的所述第一锚点与所述第七电阻器远离所述第六电阻器的一端及所述第三运算放大器的输出端相连接；

所述第二激励电流发生电路包括第四运算放大器、第五运算放大器、第六运算放大器、第九电阻器、第十电阻器、第十一电阻器、第十二电阻器、第十三电阻器、第十四电阻器、第十五电阻器、第十六电阻器及第二电容器；其中，所述第九电阻器、所述第十电阻器、所述第十一电阻器、所述第十二电阻器及所述第十三电阻器依次串联，所述第九电阻器远离所述第十电阻器的一端接地，所述第十三电阻器远离所述第十二电阻器的一端与所述第二自激谐振闭环电路电连接；所述第二电容器与所述第十二电阻器并联；所述第四运算放大器的正向输入端连接于所述第九电阻器与所述第十电阻器之间，所述第四运算放大器的负向输入端连接于所述第十二电阻器与所述第十三电阻器之间，所述第四运算放大器的输出端连接于所述第十一电阻器与所述第十二电阻器之间；所述第五运算放大器的正向输入端连接于所述第十电阻器与所述第十一电阻器之间，所述第五运算放大器的负向输入端及输出端均与所述第十四电阻器的一端相连接，所述第十四电阻器的另一端与所述第十五电阻器相连接；所述第六运算放大器的负向输入端连接于所述第十四电阻器与所述第十五电阻器之间，所述第六运算放大器的正向输入端与所述第十六电阻器的一端相连接，所述第十六电阻器的另一端接地；所述第二微机械谐振结构的所述H形可动柱一侧的所述第一锚点连接于所述第十电阻器与所述第十一电阻器之间，所述第二微机械谐振结构的所述H形可动柱另一侧的所述第一锚点与所述第十五电阻器远离所述第十四电阻器的一端及所述第六运算放大器的输出端相连接。

作为本发明的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选方案，所述自激谐振闭环电路与位于所述第一微机械谐振结构中的所述第二可动柱两侧的所述第二锚点相连接，其中，位于所述第一微机械谐振结构中的所述第二可动柱一侧的所述第二锚点作为所述第一微机械谐振结构的驱动电极，位于所述第一微机械谐振结构中的所述第二可动柱另一侧的所述第二锚点作为所述第一微机械谐振结构的检测电极；

所述激励电流发生电路与所述第二自激谐振闭环电路及位于所述第二微机械谐振结构中的所述第一锚点相连接；

所述基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路与位于所述第二微机械谐振结构中的所述第二可动柱两侧的所述第二锚点相连接，其中，位于所述第二微机械谐振结构中的所述第二可动柱一侧的所述第二锚点作为所述第二微机械谐振结构的反馈电极，位于所述第二微机械谐振结构中的所述第二可动柱另一侧的所述第二锚点作为所述第二微机械谐振结构的检测电极。

作为本发明的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选方案，所述自激谐振闭环电路包括第一跨阻放大器、第一多位模数转换电路、数字锁相环、数字自动增益控制器及乘法器；其中，所述第一跨阻放大器的一输入端与所述第一微机械谐振结构的所述检测电极电连接，所述第一跨阻放大器的另一输入端接地；所述第一多位模数转换电路的输入端与所述第一跨阻放大器的输出端、所述激励电流发生电路及所述自时钟发生电路电连接，所述第一多位模数转换电路的输出端与所述数字锁相环及所述数字自动增益控制器的输入端电连接；所述数字锁相环的输出端及所述数字自动增益控制器的输出端均经由所述乘法器与所述第一微机械谐振结构的所述驱动电路电连接；

所述基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路包括第二跨阻放大器、第二多位模数转换电路、∑ΔM调制器、第一1-bit量化器及一位数模转换电路；其中，所述第二跨阻放大器的一输入端与所述第二微机械谐振结构的所述检测电极电连接，所述第二跨阻放大器的另一输入端接地；所述第二多位模数转换电路的输入端与所述第二跨阻放大器的输出端电连接；所述∑ΔM调制器的输入端与所述第二多位模数转换电路的输出端电连接；所述第一1-bit量化器的输入端与所述∑ΔM调制器的输出端电连接；所述一位数模转换电路的输入端与所述第一1-bit量化器的输出端电连接，所述一位数模转换电路的输出端与所述第二微机械谐振结构的所述反馈电极电连接。

作为本发明具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的一种优选方案，所述自时钟发生电路包括：第二1-bit量化器及锁相倍频器，其中，所述第二1-bit量化器的输入端与所述第一跨阻放大器的输出端电连接，所述锁相倍频器的输入端与所述第二1-bit量化器的输出端电连接。

如上所述，本发明的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计具有如下有益效果：

本发明的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计与全差分开环检测电路相结合，可以使得双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的灵敏度增大两倍，同时使得输出零偏的温度漂移有关项等共干扰因素可以得到较大的抑制，有效的抑制了输出电流收流经有效结构阻抗大小的影响；

本发明的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计与静电力平衡闭环检测电路相结合，反馈静电力F

附图说明

图1为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的俯视结构示意图。

图2为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中检测电路为全差分开环检测电路的电路结构示意图。

图3为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中第一激励电流发生电路的电路图。

图4为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中第二激励电流发生电路的电路图。

图5为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的全差分输出灵敏度示意图。

图6为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中检测电路为静电力平衡闭环检测电路的电路结构示意图。

图7为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中系统自时钟发生电路的电路图。

图8为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中零漂测试结果图。

图9为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中零偏稳定性Allan方差曲线结果图。

图10为本发明提供的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中带宽测试结果图。

元件标号说明

11 第一微机械谐振结构

111 H形可动结构

1111 H形可动柱

11111 第一可动柱

11112 第二可动柱

1112 可动梳齿

1113 折叠梁

1114 第一锚点

112 固定梳齿结构

1121 固定梳齿

1122 固定部

1123 第二锚点

11231 驱动电极

11232 检测电极

11233 反馈电极

12 第二微机械谐振结构

211 第一自激谐振闭环电路

2111 第一跨阻放大器

2112 第一多位模数转换电路

2113 第一数字锁相环

2114 第一数字自动增益控制器

2115 第一乘法器

212 第二自激谐振闭环电路

2121 第二跨阻放大器

2122 第二多位模数转换电路

2123 第二数字锁相环

2124 第二数字自动增益控制器

2125 第二乘法器

213 第一解调差分电路

2131 第一低通滤波器

2132 第三乘法器

214 第二解调差分电路

2141 第二低通滤波器

2142 第四乘法器

215 第一激励电流发生电路

2151 第一运算放大器

2152 第二运算放大器

2153 第三运算放大器

216 第二激励电流发生电路

2161 第四运算放大器

2162 第五运算放大器

2163 第六运算放大器

22 静电力平衡闭环检测电路

221 自激谐振闭环电路

2211 第一跨阻放大器

2212 第一多位模数转换电路

2213 数字锁相环

2214 数字自动增益控制器

2215 乘法器

222 基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路

2221 第二跨阻放大器

2222 第二多位模数转换电路

2223 ∑ΔM调制器

2224 第一1-bit量化器

2225 一位数模转换电路

223 激励电流发生电路

224 自时钟发生电路

2241 第二1-bit量化器

2242 锁相倍频器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图1至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1及图2，本发明提供一种具有检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，所述具有检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计包括：双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计包括第一微机械谐振结构11及第二微机械谐振结构12，所述第一微机械谐振结构11与所述第二微机械谐振结构12相同，二者间隔分布于同一磁场B内，且所述第一微机械谐振结构11的表面及所述第二微机械谐振结构12的表面与所述磁场B 相垂直；全差分开环检测电路21，所述全差分开环检测电路21与所述第一微机械谐振结构11及所述第二微机械谐振结构12电连接，所述全差分开环检测电路 21包括：第一自激谐振闭环电路211、第二自激谐振闭环电路212、第一激励电流发生电路215、第二激励电流发生电路216、第一解调差分电路213及第二解调差分电路214；所述第一自激谐振闭环电路211与所述第一微机械谐振结构11 相连接，用于使得所述第一微机械谐振结构11自激振荡以产生第一谐振输出信号V

作为示例，如图1所示，所述第一微机械谐振结构11及所述第二微机械谐振机构12均包括：H形可动结构111，所述H形可动结构111包括：H形可动柱1111、若干个可动梳齿1112、折叠梁1113及第一锚点1114，其中，所述H 形可动柱1111包括两条平行间隔排布的第一可动柱11111及位于两所述第一可动柱11111之间且与所述第一可动柱11111垂直连接的第二可动柱11112；所述可动梳齿1112一一对应设置于所述第二可动柱11112两侧，且位于所述第二可动柱11112一侧的所述可动梳齿1112平行间隔分布；所述折叠梁1113位于所述第一可动柱11111外侧，一端与所述第一可动柱11111相连接，另一端与所述第一锚点1114相连接；固定梳齿结构112，所述固定梳齿结构12位于所述第二可动柱11112的两侧，所述固定梳齿结构112包括：固定梳齿1121、固定部1122 及第二锚点1123，其中，所述固定梳齿1121插入至所述可动梳齿1112之间，且与所述可动梳齿1112交替间隔排布，所述固定部1122一端与所述固定梳齿 1121远离所述第二可动柱11112的一端相连接，另一端与所述第二锚点1123相连接。

作为示例，所述折叠梁1113及所述第一锚点1114的数量均为四个，四个所述折叠梁1113分别两两对称地设置于所述第一可动柱11111的外侧，且所述折叠梁1113一端与不同的所述第一锚点1114相连接，另一端连接至所述第一可动柱11111的不同端。具体的，一所述第一可动柱11111连接两个不同的所述折叠梁1113；位于所述第一可动柱11111同一外侧的两所述折叠梁1113中，一所述折叠梁1113的一端与所述第一可动柱11111的一端相连接，该所述折叠梁1113 的另一端与一所述第一锚点1114相连接；另一所述折叠梁1113的另一端与所述第一可动柱11111的另一端相连接，该所述折叠梁1113的另一端与另一所述第一锚点1114相连接。

作为示例，所述第一微机械谐振结构11及所述第二微机械谐振结构12中，所述固定梳齿结构112的数量可以为如图1所示的四个，四个所述固定梳齿结构 112两两对称地分布于所述第二可动柱11112的两侧。所述第二锚点1123的数量同样可以为四个，四个所述第二锚点1123分别与不同的所述固定梳齿结构112 相连接。

作为示例，所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计可以基于SOI晶圆的免划片工艺进行微加工而成，对所述SOI晶圆进行免划片工艺进行微加工的具体方法为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中的器件结构层的厚度及面积等参数可以根据实际需要进行设定，在一示例中，所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计中的器件结构层的厚度可以为但不仅限于30μm，面积大小可以为但不仅限于2mm×2mm，单个微机械谐振结构(即所述第一微机械谐振结构11或所述第二微机械谐振结构12)的面积大小可以为但不仅限于1.4mm×0.7mm，所述第一微机械谐振结构11的固有频率f

作为示例，所述第一自激谐振闭环电路211与位于所述第一微机械谐振结构 11中的所述第二可动柱11112两侧的所述第二锚点1123相连接，其中，位于所述第一微机械谐振结构11中的所述第二可动柱11112一侧的所述第二锚点1123 作为所述第一微机械谐振结构11的驱动电极11231，位于所述第一微机械谐振结构11中的所述第二可动柱11112另一侧的所述第二锚点1123作为所述第一微机械谐振结构11的检测电极11232；所述第一激励电流发生电路215与所述第一自激谐振闭环电路211及位于所述第一微机械谐振结构11中的所述第一锚点 1114相连接，具体的，所述第一激励电流发生电路215与所述第一微机械谐振结构11中位于所述H形可动柱1111相对两侧的所述第一锚点1114相连接；所述第二自激谐振闭环电路212与位于所述第二微机械谐振结构12中的所述第二可动柱11112两侧的所述第二锚点1123相连接，其中，位于所述第二微机械谐振结构12中的所述第二可动柱11112一侧的所述第二锚点1123作为所述第二微机械谐振结构12的驱动电极11231，位于所述第二微机械谐振结构12中的所述第二可动柱11112另一侧的所述第二锚点1123作为所述第二微机械谐振结构12 的检测电极11232；所述第二激励电流发生电路216与所述第二自激谐振闭环电路212及位于所述第二微机械谐振结构12中的所述第一锚点1114相连接，具体的，所述第二激励电流发生电路216与所述第二微机械谐振结构12中位于所述 H形可动柱1111相对两侧的所述第一锚点1114相连接。

作为示例，如图2所示，所述第一自激谐振闭环电路211包括第一跨阻放大器2111、第一多位模数转换电路2112、第一数字锁相环2113、第一数字自动增益控制器2114及第一乘法器2115；其中，所述第一跨阻放大器2111的一输入端与所述第一微机械谐振结构11的所述检测电极11232电连接，所述第一跨阻放大器2111的另一输入端接地；所述第一多位模数转换电路2112的输入端与所述第一跨阻放大器2111的输出端及所述第一激励电流发生电路215电连接，所述第一多位模数转换电路2112的输出端与所述第一解调差分电路213、所述第一数字锁相环2113的输入端及所述第一数字自动增益控制器2114的输入端电连接；所述第一数字锁相环2113的输出端及所述第一数字自动增益控制器2114的输出端均经由所述乘法器2115与所述第一微机械谐振结构11的所述驱动电极11231 电连接；所述第二自激谐振闭环电路212包括第二跨阻放大器2121、第二多位模数转换电路2122、第二数字锁相环2123、第二数字自动增益控制器2124及第二乘法器2125，其中，所述第二跨阻放大器2121的一输入端与所述第二微机械谐振结构12的所述检测电极11232电连接，所述第二跨阻放大器2121的另一输入端接地；所述第二多位模数转换电路2122的输入端与所述第二跨阻放大器 2121的输出端及所述第二激励电流发生电路216电连接，所述第二多位模数转换电路2122的输出端与所述第二解调差分电路214、所述第二数字锁相环2123 的输入端及所述第二数字自动增益控制器2124的输入端电连接；所述第二数字锁相环2123的输出端及所述第二数字自动增益控制器2124的输出端均经由所述乘法器2125与所述第二微机械谐振结构12的所述驱动电极11231电连接。

作为示例，所述第一解调差分电路213包括第一低通滤波器2131及第三乘法器2132，所述第一低通滤波器2131的输入端经由所述第三乘法器2132与所述第一多位模数转换电路2112的输出端电连接；所述第二解调差分电路214包括第二低通滤波器2141及第四乘法器2142，所述第二低通滤波器2141的输入端经由所述第四乘法器2142与所述第二多位模数转换电路2122的输出端电连接；所述第一低通滤波器2131的输出端与所述第二低通滤波器2132的输出端电连接后共同作为所述具有检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的信号输出端。

作为示例，如图3所示，所述第一激励电流发生电路215包括第一运算放大器2151、第二运算放大器2152、第三运算放大器2153、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7、第八电阻器R8及第一电容器C1；其中，所述第一电阻器R1、所述第二电阻器R2、所述第三电阻器R3、所述第四电阻器R4及所述第五电阻器R5依次串联，所述第一电阻器R1远离所述第二电阻器R2的一端接地，所述第五电阻器R5远离所述第四电阻器R4的一端与所述第一自激谐振闭环电路211 电连接；所述第一电容器C1与所述第四电阻器R4并联；所述第一运算放大器 2151的正向输入端连接于所述第一电阻器R1与所述第二电阻器R2之间，所述第一运算放大器2151的负向输入端连接于所述第四电阻器R4与所述第五电阻器R5之间，所述第一运算放大器2151的输出端连接于所述第三电阻器R3与所述第四电阻器R4之间；所述第二运算放大器2152的正向输入端连接于所述第二电阻器R2与所述第三电阻器R3之间，所述第二运算放大器2152的负向输入端及输出端均与所述第六电阻器R6的一端相连接，所述第六电阻器R6的另一端与所述第七电阻器R7相连接；所述第三运算放大器2153的负向输入端连接于所述第六电阻器R6与所述第七电阻器R7之间，所述第三运算放大器2153的正向输入端与所述第八电阻器R8的一端相连接，所述第八电阻器R8的另一端接地；所述第一微机械谐振结构11的所述H形可动柱1111一侧的所述第一锚点1114连接于所述第二电阻器R2与所述第三电阻器R3之间，所述第一微机械谐振结构11的所述H形可动柱1111另一侧的所述第一锚点1114与所述第七电阻器R7远离所述第六电阻器R6的一端及所述第三运算放大器2153的输出端相连接。所述第一激励电流发生电路215中包括三个运算放大器，完成电压到电流的线性转换并提供较大输出阻抗。

作为示例，请参阅图4，所述第二激励电流发生电路216包括第四运算放大器2161、第五运算放大器2162、第六运算放大器2163、第九电阻器R9、第十电阻器R10、第十一电阻器R11、第十二电阻器R12、第十三电阻器R13、第十四电阻器R14、第十五电阻器R15、第十六电阻器R16及第二电容器C2；其中，所述第九电阻器R9、所述第十电阻器R10、所述第十一电阻器R11、所述第十二电阻器R12及所述第十三电阻器R13依次串联，所述第九电阻器R9远离所述第十电阻器R10的一端接地，所述第十三电阻器R13远离所述第十二电阻器R12 的一端与所述第二自激谐振闭环电路212电连接；所述第二电容器C2与所述第十二电阻器R12并联；所述第四运算放大器2161的正向输入端连接于所述第九电阻器R9与所述第十电阻器R10之间，所述第四运算放大器2161的负向输入端连接于所述第十二电阻器R12与所述第十三电阻器R13之间，所述第四运算放大器2161的输出端连接于所述第十一电阻器R11与所述第十二电阻器R12之间；所述第五运算放大器2162的正向输入端连接于所述第十电阻器R10与所述第十一电阻器R11之间，所述第五运算放大器2162的负向输入端及输出端均与所述第十四电阻器R14的一端相连接，所述第十四电阻器R14的另一端与所述第十五电阻器R15相连接；所述第六运算放大器2163的负向输入端连接于所述第十四电阻器R14与所述第十五电阻器R15之间，所述第六运算放大器2163的正向输入端与所述第十六电阻器R16的一端相连接，所述第十六电阻器R16的另一端接地；所述第二微机械谐振结构12的所述H形可动柱1111一侧的所述第一锚点1114连接于所述第十电阻器R10与所述第十一电阻器R11之间，所述第二微机械谐振结构12的所述H形可动柱1111另一侧的所述第一锚点1114与所述第十五电阻器R15远离所述第十四电阻器R14的一端及所述第六运算放大器2163的输出端相连接。所述第二激励电流发生电路216中包括三个运算放大器，完成电压到电流的线性转换并提供较大输出阻抗。

上述具有全差分开环检测电路21及所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的系统模型，其数学表达式可以分别写为：

其中，m为有效质量，b为阻尼系数，x(t)和x’(t)均为有效位移；方程式(1) 和(2)中的有效位移x(t)和x’(t)的表达式可以分别写为：

x(t)＝V

(3)

x'(t)＝V

(4)

其中式(3)和式(4)具有一个相同的共模偏置电压V

x

(5)

由式(5)可以看出，结果有效的消除了共模偏置电压V

作为示例，以所述第一锚点1114上加载的直流电压V

在另一示例中，请结合图1参阅图5，本发明提供一种具有检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，所述具有检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计包括：双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计包括第一微机械谐振结构11及第二微机械谐振结构12，所述第一微机械谐振结构11与所述第二微机械谐振结构12相同，二者间隔分布于同一磁场B 内，且所述第一微机械谐振结构11的表面及所述第二微机械谐振结构12的表面与所述磁场B相垂直；静电力平衡闭环检测电路22，所述静电力平衡闭环检测电路22包括自激谐振闭环电路221、激励电流发生电路223、自时钟发生电路 224及基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路222；所述自激谐振闭环电路221与所述第一微机械谐振结构11相连接，用于使得所述第一微机械谐振结构11自激振荡以产生一谐振输出信号，所述激励电流发生电路223与所述第二微机械谐振结构12及所述自激谐振闭环电路221相连接，用于依据所述谐振输出信号产生一激励电流i

作为示例，所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的具体结构与上一示例 (即具有所述全差分开环检测电路21的所述具有检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的示例)中的所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的具体结构相同，此处不再累述。

作为示例，所述自激谐振闭环电路221与位于所述第一微机械谐振结构11 中的所述第二可动柱11112两侧的所述第二锚点1123相连接，其中，位于所述第一微机械谐振结构11中的所述第二可动柱11112一侧的所述第二锚点1123 作为所述第一微机械谐振结构11的驱动电极11231，位于所述第一微机械谐振结构11中的所述第二可动柱11112另一侧的所述第二锚点1123作为所述第一微机械谐振结构11的检测电极11232；所述激励电流发生电路223与所述第二自激谐振闭环电路221及位于所述第二微机械谐振结构12中的所述第一锚点1114 相连接；所述基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路22与位于所述第二微机械谐振结构12中的所述第二可动柱11112两侧的所述第二锚点1123相连接，其中，位于所述第二微机械谐振结构12中的所述第二可动柱11112一侧的所述第二锚点1123作为所述第二微机械谐振结构12的反馈电极11233，位于所述第二微机械谐振结构12中的所述第二可动柱11112另一侧的所述第二锚点1123作为所述第二微机械谐振结构12的检测电极11232。

作为示例，请参阅图6，所述自激谐振闭环电路221包括第一跨阻放大器2211、第一多位模数转换电路2212、数字锁相环2213、数字自动增益控制器2214及乘法器2215；其中，所述第一跨阻放大器2211的一输入端与所述第一微机械谐振结构11的所述检测电极11232电连接，所述第一跨阻放大器2211的另一输入端接地；所述第一多位模数转换电路2212的输入端与所述第一跨阻放大器2211 的输出端、所述激励电流发生电路223及所述自时钟发生电路224电连接，所述第一多位模数转换电路2212的输出端与所述数字锁相环2213及所述数字自动增益控制器2214的输入端电连接；所述数字锁相环2213的输出端及所述数字自动增益控制器2214的输出端均经由所述乘法器2215与所述第一微机械谐振结构 11的所述驱动电路电连接11231；所述基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路222 包括第二跨阻放大器2221、第二多位模数转换电路2222、∑ΔM调制器2223、第一1-bit量化器2224及一位数模转换电路2225；其中，所述第二跨阻放大器2221 的一输入端与所述第二微机械谐振结构12的所述检测电极11232电连接，所述第二跨阻放大器2221的另一输入端接地；所述第二多位模数转换电路2222的输入端与所述第二跨阻放大器2221的输出端电连接；所述∑ΔM调制器2223的输入端与所述第二多位模数转换电路2222的输出端电连接；所述第一1-bit量化器 2224的输入端与所述∑ΔM调制器2223的输出端电连接；所述一位数模转换电路 2225的输入端与所述第一1-bit量化器2224的输出端电连接，所述一位数模转换电路2225的输出端与所述第二微机械谐振结构12的所述反馈电极11233电连接。

作为示例，所述∑ΔM调制器2223可以为低通或带通∑ΔM调制器。

作为示例，所述激励电流发生电路223的具体结构可以与上一示例中所述的第一激励电流发生电路215或所述第二激励电流发生电路216的具体结构相同，此处不再累述。

作为示例，请参阅图7，所述自时钟发生电路224包括：第二1-bit量化器 2241及锁相倍频器2242，其中，所述第二1-bit量化器2241的输入端与所述第一跨阻放大器2211的输出端电连接，所述锁相倍频器2242的输入端与所述第二 1-bit量化器2241的输出端电连接。

上述具有所述静电力平衡闭环检测电路22及所述双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的系统模型，其数学表达式可以分别写为：

其中，m为有效质量，b为阻尼系数，x(t)和x’(t)均为有效位移；F

作为示例，以所述第一微机械谐振结构11及所述第二微机械谐振结构12 上加载的直流电压V

请参阅图8至图10，由图8及图10可知，本发明所述的具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计具有较好的零漂移稳定性及较好的温度特性。

参阅图8所示，图8为两种洛伦兹力磁强计测试输出零偏数据对比；(1)为本发明双谐振结构洛伦兹力磁强计的零偏输出曲线，(2)为传统单谐振结构洛伦兹力磁强计的零偏输出数据曲线；参阅图8所示，在系统上电之后，传统单谐振结构的洛伦兹力磁强计零偏稳定性易受温度等误差干扰的影响，稳定性要差于本发明所述的双谐振结构洛伦兹力磁强计。

参阅图9所示，为洛伦兹力磁强计零偏稳定性Allan方差曲线，(1)为本发明双谐振结构磁强计的零偏稳定性Allan方差曲线，(2)为传统单谐振结构洛伦兹力磁强计的零偏稳定性Allan方差曲线；参阅图9所示，经过Allan方差曲线标定，本发明的双谐振结构洛伦兹力磁强计稳定性优于传统的洛伦兹力磁强计，稳定性提高了7倍。

参阅图10所示，为洛伦兹力磁强计系统带宽测试曲线，(1)为本发明双谐振结构磁强计的带宽测试曲线，(2)为传统单谐振结构磁强计的带宽测试曲线；参阅图10，带宽从5Hz提高到了80Hz；

综上所述，本发明提供一种具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，所述具有接口检测电路的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计包括：双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计，包括第一微机械谐振结构及第二微机械谐振结构，所述第一微机械谐振结构与所述第二微机械谐振结构相同，二者间隔分布于同一磁场内，且所述第一微机械谐振结构的表面及所述第二微机械谐振结构的表面与所述磁场相垂直；检测电路，与所述第一微机械谐振结构及所述第二微机械谐振结构电连接，所述检测电路包括全差分开环检测电路或静电力平衡闭环检测电路；其中，所述全差分开环检测电路包括：第一自激谐振闭环电路、第二自激谐振闭环电路、第一激励电流发生电路、第二激励电流发生电路、第一解调差分电路及第二解调差分电路；所述第一自激谐振闭环电路与所述第一微机械谐振结构相连接，用于使得所述第一微机械谐振结构自激振荡以产生第一谐振输出信号，所述第一激励电流发生电路与所述第一微机械谐振结构及所述第一自激谐振闭环电路相连接，用于依据所述第一谐振输出信号产生第一激励电流，所述第一激励电流与所述磁场作用在所述第一微机械谐振结构上产生第一洛伦兹力，所述第一解调差分电路与所述第一自激谐振闭环电路相连接；所述第二自激谐振闭环电路与所述第二微机械谐振结构相连接，用于使得所述第二微机械谐振结构自激振荡以产生第二输出信号，所述第二激励电流发生电路与所述第二微机械谐振结构及所述第二自激谐振闭环电路相连接，用于依据所述第二谐振输出信号产生第二激励电流，所述第二激励电流的相位与所述第一激励电流的相位相反，所述第二激励电流与所述磁场作用在所述第二微机械谐振结构上产生第二洛伦兹力，所述第二洛伦兹力与所述第一洛伦兹力的大小相等、方向相反；所述第二解调差分电路与所述第二自激谐振闭环电路相连接；所述静电力平衡闭环检测电路包括自激谐振闭环电路、激励电流发生电路、自时钟发生电路及基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路；所述自激谐振闭环电路与所述第一微机械谐振结构相连接，用于使得所述第一微机械谐振结构自激振荡以产生一谐振输出信号，所述激励电流发生电路与所述第二微机械谐振结构及所述自激谐振闭环电路相连接，用于依据所述谐振输出信号产生一激励电流，所述激励电流与所述磁场作用在所述第二微机械谐振结构上产生一洛伦兹力；所述自时钟发生电路与所述自激谐振闭环电路电连接；所述基于∑ΔM调制的数字力反馈闭环电路与所述第二微机械谐振结构相连接，用于依据所述洛伦兹力产生一数字流信号，所述数字流信号控制一反馈电压作用于所述第二微机械谐振结构上，以产生一反馈静电力，所述反馈静电力与所述洛伦兹力大小相等、方向相反。本发明的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计与全差分开环检测电路相结合，可以使得双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计的灵敏度增大两倍，同时使得输出零偏的温度漂移有关项等共干扰因素可以得到较大的抑制，有效的抑制了输出电流收流经有效结构阻抗大小的影响；本发明的双谐振结构微机械洛伦兹力磁强计与静电力平衡闭环检测电路相结合，反馈静电力F

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。