基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵的生产技术
一种闭环高压电荷泵电路设计
一种闭环高压电荷泵电路设计陈光华【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2018(0)1【摘要】在需要高压、低功率输出的场合,一般采用电荷泵电路,其以结构简单,功耗低的优势,得到广泛应用.但大部份电荷泵电路设计时都采用开环结构,使得输出电压受环境影响而变化.本文提出一种基于负反馈结构的电荷泵电路,实现了宽输入范围4—5.5V,输出电压30V,详细介绍了电路结构,并给出了电路仿真结果.%In the field of high voltage and low power output, charge pump circuit is widely used. It is widely used because of its simple structure and low power consumption. But most of the charge pump circuits are designed with open loop structure, which makes the output voltage vary with the environment. A charge pump circuit based on negative feedback structure is proposed in this paper. The wide input range is 4 - 5.5V, and the output voltage is 30V.The circuit structure is introduced in detail, and the circuit simulation results are given.【总页数】3页(P17-18,14)【作者】陈光华【作者单位】四川邮电职业技术学院,四川成都,610066【正文语种】中文【相关文献】1.一种新型电荷泵电路设计 [J], 徐华超;林长龙;梁科;王锦;李国峰2.用于电机驱动芯片的高压电荷泵电路设计 [J], 郭艾华3.一种电荷泵型低抖动锁相环电路设计 [J], 宋辉英4.一种基于电荷泵锁相环的时钟调节电路设计 [J], 王雪萍;王金龙;蔡永涛;马金龙5.一种大输出电流的电荷泵电路设计 [J], 李龙镇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种用于电荷泵锁相环的电荷泵
0 引言电荷泵锁相环具有捕捉范围宽、捕捉时间短、线性范围大、高速低功耗等优点,已广泛地应用于现代通信领域及射频领域[1]。
电荷泵锁相环主要由鉴频鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器和分频器等五部分组成[2]。
鉴频鉴相器的作用是将输入的基准信号和分频器输出的反馈信号进行比较,检测两个信号的相位差,并将这个相位差转换为脉冲形式UP及DN信号,进而控制电荷泵中的开关管,实现对后级电路的充放电。
电荷泵的充放电电流经过低通滤波器,进而将电流转化为电压,同时过滤充放电电流中的高频分量;低通滤波器输出的直流电压控制压控振荡器,实现随电压变化的输出频率;分频器接收压控振荡器的输出信号,并反馈到鉴频鉴相器输入端,构成负反馈。
但是系统实际工作过程中,电荷泵有电流失配、电荷共享、电荷注入和时钟馈通等非理想因素,系统在锁定后参考时钟和反馈时钟存在相位差。
基于此,本文将设计一种低失配的电荷泵。
1 电荷泵电路设计图1为一种基本电荷泵电路,主要由MOS管M1～M4构成。
其中,MOS管M1与MOS管M4分别构成电流源,MOS管M2与MOS管M3分别构成开关管。
图1所示电路的电路存在三种有效状态:(1)U P=0,DN=0时,M2导通,电荷泵对负载电容充电,控制电压升高;收稿日期:2018-12-11作者简介:王程程(1994—),男,安徽亳州人,硕士研究生,研究方向:模拟集成电路。
一种用于电荷泵锁相环的电荷泵王程程(重庆邮电大学光电工程学院,重庆 400065)摘要:基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,采用自偏置共源共栅电流镜和正反馈技术,设计了一种用于电荷泵锁相环的电荷泵。
仿真结果显示,所设计的电荷泵能实现正常的充放电功能;在0.42V到1.22V输出电压范围内充放电电流的误差小于1％。
关键词:CM OS电荷泵；电流失配；自偏置中图分类号:TN911.8文献标识码:A文章编号:1007-9416(2019)01-0158-02设计开发DOI:10.19695/12-1369.2019.01.81图1 电荷泵基本结构图(a) (b) (c) (d) (e)图2 本文设计的电荷泵电路图3 自偏置共源共栅复合管1581592019年第 01 期A Charge Pump for Charge Pump Phase Locked LoopWANG Cheng-cheng(College of Optoelectronic Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065)Abstract:A charge pump for charge pump phase locked loop is designed by adopting these techniques of self-cascode current mirror and positivefeedback in SMIC 0.18μm CMOS. Simulation results showed that the designed charge pump can realize the characterize of charging and discharging.The error of charging and discharging current is less than 1% when the output voltage is in the range of 0.42V to 1.22V.Key words:CMOS charge pump;current mismatch;self-bias(2) U P =1, DN =1时,M3导通,电荷泵对负载电容放电,控制电压降低;(3) U P =1, DN =0时,M2、M3关断,电荷泵不工作,控制电压保持不变。
基于55 nm CMOS工艺的小数分频电荷泵锁相环设计
基于55 nm CMOS工艺的小数分频电荷泵锁相环设计李金凤;郭瑞华;凌辛旺;于德明
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2024(32)12
【摘要】为解决无线射频收发机中锁相环存在的功耗高、精度低、不能小数分频等问题,提出了一种基于55 nmCMOS工艺的小数分频电荷泵锁相环,降低噪声对电路性能的影响,为无线收发机提供稳定的震荡信号。
采用三阶噪声整形结构的数字Σ-Δ调制器,设计了24位高精度可编程小数分频器。
同时设计了一种线性移位寄存器,产生随机数列降低小数杂散。
采用单位增益缓冲器有效地降低了电荷泵的电流失配。
SPECTRE仿真结果表明,电荷泵的充放电流失配为0.87%,锁相环的输出频率范围为2.1~2.9 GHz,相位噪声为-108 dBc/Hz@1 MHz,分频比为5~128,锁定时间小于3.5μs,功耗为8.56 mW。
【总页数】5页(P71-75)
【作者】李金凤;郭瑞华;凌辛旺;于德明
【作者单位】沈阳化工大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN75
【相关文献】
1.基于0.18 μm CMOS工艺
2.5 GHz电荷泵锁相环的设计2.一种基于CMOS工艺的电荷泵锁相环芯片的设计
3.基于CMOS工艺的622 MHz电荷泵锁相环设计
4.基于40 nm CMOS工艺的电荷泵锁相环设计
5.基于90nm CMOS工艺2.8GHz 电荷泵锁相环的设计
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一种应用于CMOS锁相环的电荷泵设计
一种应用于CMOS锁相环的电荷泵设计简元凯;解光军;毛佳佳【摘要】电荷泵是CMOS锁相环中的一个重要模块，其性能决定了整个锁相环系统的工作稳定性和各项指标的优劣.针对传统结构电荷泵存在的电荷共享、电流失配等问题，文章设计了一个基准电压源的电荷泵电路，外接一个2pF的负载电容，用于将电流转化为电压.该电路基于SMIC0.13μmCMOS工艺库，使用Cadence完成整体电路的仿真.仿真结果表明，该CMOS电荷泵具有输出电压平滑、充放电电流匹配等优良特性，很好地抑制了电荷共享、电流失配等寄生效应.该电荷泵应用在锁相环中，能实现快速锁定.%10.3969/j.issn.1003-5060.2012.11.016【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】4页(P1506-1509)【关键词】电荷泵;电荷共享;电流失配;锁相环;锁定时间;电路仿真【作者】简元凯;解光军;毛佳佳【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TN432锁相环（Phase－Locking Loop）在电子学、通信领域中有着广泛的应用，一般用在相位锁定、频率合成以及时钟恢复电路中。
随着人们对CMOS工艺研究的不断深入，器件的特征尺寸不断缩小，因而高速度、高频率和低功耗已成为锁相环电路的发展方向。
一个基本CMOS电荷泵锁相环主要包括鉴频鉴相器（PFD）、电荷泵（CP）、低通滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）［1］。
电荷泵是CMOS锁相环中的重要模块，其作用是把PFD输出的数字信号转化为电压信号，以控制压控振荡器（VCO）的振荡频率。
在锁相环实现过程中，通常会遇到电荷共享、电流失配、电荷注入以及时钟馈通等问题。
一种基于MEMS技术的压电微泵的研究
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｍｃｏ ｕ ｐ ｐｅｏｌｃ ｉ ｂ ｒｈ ｐｌｄ ｔｙ ｉ ｘｎ （ Ｄ Ｓ ；ｈｂ ｄｖｌ ｅ ｏ ｄ ： ｉ ｐ ｍ ； ｉ ｅ ｅｔｃ ｉ ｐ ； ｏｙｉ ｈｌ ｌ ａｅ Ｐ Ｍ ） ｙｒ ａ ｅ ｒ ｚ ｒ ｍｏ ｍｅ ｓｏ ｉ ｖ
０ 引 言
现有的压电微泵 “ 大 多采用 压 电圆片作 为驱 动器 。 利用硅薄膜作为泵膜 ， 这样 的结构可 能存在 的问题是 ： １ （） 硅弹性模量大 （９ Ｐ ） 变形量 小 ； ２ 压 电圆 片的形 变 １０Ｇ ａ ， （） 量小， 驱动力 有限。因此 ， 了获得较大 的压缩 比进 而提 高 为
生较 大的泵腔体积改变和压缩 比， 显著降低 了加工成本 ， 并提高 了成 品率 。对压 电微泵 的输 出流量进行 了
测试 ， 结果显示 ： 电压 、 频率 以及背压对流量均有显著 影响。在 １０ ２ ｚ ０ Ｖ，５Ｈ 的方 波驱动下 ， 压 电微 泵 的 该 最大输出流量为 ４ ８／ ／ ｎ 最大输 出压力 为 ６ｋ ａ ５ ｚ ｍｉ， Ｌ Ｐ 。 关键词 ：微泵 ； 电双晶片 ； 压 聚二 甲基硅 氧烷 ； 复合 阀 中图分类号 ：Ｔ ３ ． ３ ＨＩ７ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ０ ０—９ ８ （ ０６ ０ ０ ８ ０ ７ ７ ２０ ） ８— ０ ２— ３
维普资讯
８ ２
传感器与微系统 （ ｒｎｄ ｃｒａｄＭｉｒｓｓ ｍＴ ｃｎｌｇ ｓ Ｔａｓｕｅ ｎ ｃ ｙｔ ｅｈ ｏｏｉ ） ｏ ｅ ｅ
２０ ０ ６年 第 ２ ５卷 第 ８期
）
前 沿技 术
一
种 基 于 ＭＥ Ｓ技 术 的 压 电 微 泵 的 研 究 Ｍ
王 海宁 ，崔 大付 ， 照新 ，陈 耿 兴
基于TSMC90工艺的20GHz电荷泵锁相环设计
基于TSMC90工艺的20GHz电荷泵锁相环设计关键词：电荷泵锁相环，仿真设计，带宽扩展，相位峰值误差，时间抖动1.引言锁相环是一种广泛应用于通信、处理器、放大器等领域的时钟同步电路，它能够在不同电路之间提供准确的时钟信号。
其中，基于电荷泵的锁相环由于拥有高频率、快速锁定时间和可扩展性等特点，在高速数字通信与微波射频应用中得到了广泛的应用。
本文旨在设计一款基于TSMC 90工艺的20GHz电荷泵锁相环，通过仿真分析各模块电路的特性，提出快速锁相和带宽扩展的解决方案，以实现高精度和高速信号同步。
2. 电荷泵锁相环原理电荷泵锁相环由相位检测器、电荷泵、环形振荡器以及反馈回路等基础模块构成。
其中，锁相环的基准时钟信号与被锁定信号经过相位检测器进行相位比较，从而控制电荷泵的输出相位差。
通过反馈回路将该相位差反馈至环形振荡器中，以保持振荡频率与基准时钟频率相同，从而实现相位同步。
3. 电路设计3.1 锁相环结构本文选用传统的电荷泵锁相环结构，接受主反馈环式结构，同时加入带宽扩展电路，提高锁相环的带宽。
3.2 相位检测器差分对抗相位检测器接受差分对抗技术进行优化，利用两个相位检测器输出的信号反向耦合，从而消除相位误差，提高锁相环的相位峰值误差。
仿真结果显示，使用差分对抗相位检测器可以将相位峰值误差降低至0.05°左右。
3.3 电荷泵电荷泵由多级级联的MOS管组成，通过震荡电压产生不同频率的时钟信号。
通过调整电荷泵的频率和相位，与相位检测器的输出信号进行比较，并通过控制开关器件的导通和截止过程，实现输出相位差的控制。
3.4 带宽扩展双极性转导器（BPF）和环带限放大器（LDO）结合，实现针对负载变化的动态增量调整，从而实现锁相环的带宽扩展。
仿真结果表明，加入带宽扩展模块后，锁相环的带宽可提高至455MHz，同步速率更快。
4. 仿真结果本文使用ADS软件对基于TSMC 90工艺的20GHz电荷泵锁相环进行了仿真验证。
一种优化MEMS可变电容电荷泵上升时间的方法
一种优化MEMS可变电容电荷泵上升时间的方法
江昊昱
【期刊名称】《电气技术与经济》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】近来,一种MEMS可变电容电荷泵被提出,在这种方式下,通过使用MEMS 谐振器来改变每一阶的电容容值来产生一个高电压。
谐振器的振幅和频率会对可变电容电荷泵的上升时间产生影响,本项研究的目的是最小化可变电容电荷泵的上升时间。
【总页数】4页(P187-190)
【作者】江昊昱
【作者单位】中国兵器装备集团自动化研究所有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN4
【相关文献】
1.一种射频微机械可变电容的设计与优化
2.一种MEMS热驱动可变电容的分析模拟
3.一种用于RF MEMS移相器及开关可变电容的复合微桥膜结构
4.一种适用于MEMS麦克风的新型恒压电荷泵设计
5.离散型随机变量的均值(第1课时)教学设计
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一种应用于AMOLED显示驱动的电荷泵系统
Microelectr o n ic Tech no l ogy一种应用于AMOLED显示驱动的电荷泵系统*宇跃峰丨，尹勇生丨，谢熙明丨，权磊2,贾晨2(1.合肥工业大学微电子设计研究所教育部IC设计网上合作研究中心，安徽合肥230601；2.深圳清华大学研究院，广东深圳518057)摘要：基于UMC80nm工艺，设计了一种应用于AMOLED显示驱动的电荷泵系统。
为了满足AMOLED显示驱动在不同输出电压情况下保持电源效率高于70%的要求，本设计中泵电路采用多输入电源结构，并在不同路径上使用不同类型的MOS管遥为了保障电路在8mA负载下输出电压纹波小于10mV，采用双边对称的泵电路结构。
为了保持输出电压的稳定性，整个系统采用PSM调制方式。
对电路进行Spectre仿真，在1滋F泵电容以及2.2滋F输出电容，负载电流为8mA情况下，各种输出电压情况下的电压纹波最大为1.2mV，电源效率最低为70%，峰值效率为83.6%《关键词：电荷泵;电源管理；多输入电源;对称结构泵电路中图分类号：TN432文献标识码：A DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200081中文引用格式：宇跃峰,尹勇生，谢熙明，等.一种应用于AMOLED显示驱动的电荷泵系统[J].电子技术应用，2020,46(10)：51-56.英文弓I用格式：Yu Yuefeng,Yin Yongsheng,Xie Ximing,et al.A charge pump system applied to AMOLED display drive[J].Application of Electronic Technique,2020,46(10)：51-56.A charge pump system applied to AMOLED display driveYu Yuefeng1,Yin Yongsheng1,Xie Ximing1,Quan Lei2,Jia Chen2(1.Institute of VLSI Design,IC Design Web-cooperation Research Center of MOE,Hefei University of Technology,Hefei230601,China；2.Research Institute of Tsinghua University in Shenzhen,Shenzhen518057,China)Abstract:Based on the UMC80nm process,a charge pump system for AMOLED display drive is designed.In order to ensure that the output voltage ripple of the circuit is less than10mV under8mA load,this design adopts bilateral symmetric pump circuit structure.In order to maintain the power efficiency above70%under different output voltages,the pump circuit in this design uses a multi-input power supply structure.In order to maintain the stability of the output voltage,the entire system in this design uses PSM modulation.Hspice simulation of the circuit,in the case of1r F pump capacitor and 2.2滋F output capacitor,the load current is8mA,the output voltage ripple is 1.2mV and the power supply efficiency is at least70%under various output condi-tions,83.6%peak efficiency.Key words:charge pump；power management；multiple-input power supply；symmetric pump circuit0引言当前，随着AMOLED显示技术的高速发展,AMOLED 屏幕逐渐成为手机、平板、智能手环等显示方案的主流选择。
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图片简介:本技术涉及一种基于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。
本技术可以广泛应用于电容式MEMS器件的驱动与检测领域。
技术要求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VIN，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。
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。
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。
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。
技术说明书一种基于MEMS电容的数字闭环控制电荷泵技术领域本技术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。
在单片集成系统中，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VOUT后，由电阻R1、R2分压得到反馈电压VFB，并与参考电压VREF进行比较放大得到控制电压VCTRL，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。
技术内容针对上述问题，本技术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，本技术采取以下技术方案：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VIN，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。