[發明專利]一種陀螺儀前置放大電路和電子裝置

有效

• 申請號: 201410069311.3
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN104883134B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 李有慧;張威彥
• 申請（專利權）人: 無錫華潤上華科技有限公司
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F3/45
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 汪洋;高偉

本發明提供一種陀螺儀前置放大電路，所述陀螺儀前置放大電路包括實現電荷信號到電壓信號的轉換的第一電路和實現對低頻噪聲的有效濾除的第三電路，所述第一電路的輸出端與所述第三電路的輸入端相連。本發明還提供一種包含所述陀螺儀前置放大電路的電子裝置。根據本發明，使得陀螺儀的前置放大電路在沒有采用低噪聲前置放大器的情況下，仍然可以滿足系統噪聲的要求，極大地降低了陀螺儀前置放大電路的設計難度。

技術領域

本發明涉及半導體制造工藝，具體而言涉及一種陀螺儀前置放大電路和電子裝置。

背景技術

陀螺儀又稱為角速度傳感器，其測量的物理量是偏轉及傾斜時的轉動角速度。在手機上，僅使用加速度傳感器無法測量或重構出完整的3D動作，只是因為加速度傳感器只能檢測軸向的線性動作，測不到轉動的動作。陀螺儀則可以對轉動以及偏轉的動作做很好的測量，這樣就可以精確分析判斷出使用者的實際動作，進而根據這些動作對手機做相應的操作。目前，陀螺儀在消費類產品上，最成功的應用當屬體感游戲手柄。游戲者只要手持該手柄，就可以通過自己的動作控制顯示屏上的游戲視頻，進行乒乓球、網球等運動類游戲，或者轉動手柄，就可以玩駕車類的視頻游戲。

在如圖1所示的陀螺儀的現有前置放大電路中，微電子機械系統（MEMS）100產生的電荷信號分別輸入到由第一前置放大器101a和第一模數轉換器102a構成的驅動回路以及由第二前置放大器101b和第二模數轉換器102b構成的檢測回路（通常為科里奧利檢測回路），其中，第一前置放大器101a和第二前置放大器101b將接收到的電荷信號轉換為電壓信號，第一模數轉換器102a和第二模數轉換器102b將接收自上述前置放大器輸出的電壓模擬信號轉換為數字信號加以輸出。由于陀螺儀的微電子機械系統100產生的角速度信號比較微弱，即電荷信號為fC級別的，因而，通過上述前置放大器Q=C*V轉換得到的電壓信號是微伏級別的。如果不對上述前置放大器的輸出信號（即電壓信號）進行任何處理就直接傳送至上述模數轉換器，則要求上述前置放大器具有很低的噪聲，進而造成上述前置放大器的設計難度顯著增加。

在現有技術中，采用低噪聲放大器作為上述前置放大器，以滿足低噪聲的要求。低噪聲放大器的設計難度比較高，通常需要采用復雜的結構或者通過增大輸入器件的尺寸來減小某些噪聲對系統的影響。所述復雜的結構例如常規的雙采樣（CDS）自動歸零電路結構和斬波穩定（CHS）自動歸零電路結構：在如圖2A所示的雙采樣自動歸零電路結構中，包括一個差分放大器A，兩個電容，兩組開關Φ1和Φ2；在如圖2B所示的斬波穩定自動歸零電路結構中，包括一個全差分放大器A，分別設置在全差分放大器A的輸入端和輸出端的斬波電路201a和201b。前置放大器采用上述自動歸零電路結構可以減小閃爍噪聲的影響，但是需要提供系統時鐘，會增加數字電路干擾模擬電路的風險，同時，電路結構復雜，也增加了版圖的設計難度。而增大輸入器件的尺寸，面積會增大，寄生電容也會增加；對于陀螺儀而言，角速度信號對應的電荷本身就比較微弱，通過上述前置放大器Q=C*V進行轉換時，寄生電容太大會導致轉換成的電壓信號誤差比較大，而且版圖處理不好的話，會有數字大信號干擾模擬小信號的問題。

因此，需要設計一種全新的陀螺儀前置放大電路，以解決上述問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種陀螺儀前置放大電路，其特征在于，包括實現電荷信號到電壓信號的轉換的第一電路和實現對低頻噪聲的有效濾除的第三電路，所述第一電路的輸出端與所述第三電路的輸入端相連。

進一步，所述第一電路包括前置放大器，所述前置放大器為全差分放大器。

進一步，所述全差分放大器的輸入端和輸出端之間形成有兩個由第一RC網絡構成的反饋回路，所述第一RC網絡在為所述全差分放大器的輸入端提供直流工作點的同時，實現所述電荷信號到電壓信號的轉換的功能。

進一步，所述兩個第一RC網絡由并聯而成的電阻R1和電容C1 以及并聯而成的電阻R2和電容C2分別構成。

進一步，所述第三電路由高通濾波器構成。