相移電路以及mems陀螺儀驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及信號(hào)處理技術(shù)，更具體地，涉及相移電路以及MEMS陀螺儀驅(qū)動(dòng)電 路。
【背景技術(shù)】
[0002] 微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectromechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越 廣泛。在這些應(yīng)用中，MEMS陀螺儀是一種重要的角速度傳感器。
[0003] MEMS陀螺儀通常包括質(zhì)量塊以及沿著相互垂直的第一和第二方向分別設(shè)置在質(zhì) 量塊上的驅(qū)動(dòng)梳齒電極和驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒電極。驅(qū)動(dòng)梳齒電極沿著第一方向?qū)|(zhì)量塊施加靜 電力，使得質(zhì)量塊沿著第一方向諧振。在系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)存在著角速度時(shí)，由于科里奧效應(yīng)產(chǎn)生 第二方向的作用力，質(zhì)量塊將沿著第二方向振動(dòng)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)檢測(cè)梳齒電極的電容變化。通過(guò) 檢測(cè)電容變化值，就可以測(cè)量角速度的數(shù)值。
[0004] 在MEMS陀螺儀工作時(shí)，利用驅(qū)動(dòng)電路使MEMS陀螺儀處于諧振狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電壓 在驅(qū)動(dòng)梳齒電極上產(chǎn)生靜電力，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成質(zhì)量塊的位移變化，該過(guò)程存在90°的相位 差。然而，為了維持MEMS陀螺儀的諧振狀態(tài)，整個(gè)陀螺儀驅(qū)動(dòng)電路的相位需要滿足0°或者 360° (即2 π )整數(shù)倍相位差的要求。因此，MEMS陀螺儀驅(qū)動(dòng)電路需要利用相移電路調(diào)節(jié) 驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)與機(jī)械諧振之間的相位差。
[0005] 在現(xiàn)有的MEMS陀螺儀驅(qū)動(dòng)電路中例如采用RC相移電路。然而，RC相移電路的電 路面積大、功耗和成本高，相移大小容易受工藝制程影響，不能滿足便攜式產(chǎn)品的需求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種可以減小電路復(fù)雜度、面積小、相移 不受工藝制程偏移的相移電路及其控制方法。
[0007] 根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供一種相移電路，所述相移電路接收輸入信號(hào)，并且 產(chǎn)生相對(duì)于輸入信號(hào)相移的輸出信號(hào)，所述輸入信號(hào)是第一頻率的周期信號(hào)按照第二頻率 采樣獲得的信號(hào)，所述第一頻率是輸入信號(hào)的包絡(luò)信號(hào)的頻率f，第一頻率小于第二頻率， 所述相移電路包括：
[0008] 運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端；
[0009] 第一輸入電容，第一輸入電容一端接收輸入信號(hào)，另一端與第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)以 及第三電容連接；
[0010] 第二開(kāi)關(guān)，連接在第一輸入電容和運(yùn)算放大器的反相輸入端之間；
[0011] 第三開(kāi)關(guān)，連接在第一輸入電容和第二開(kāi)關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)與共模電壓之間；
[0012] 第三電容和第五開(kāi)關(guān)，串聯(lián)連接在第一輸入電容和第二開(kāi)關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)與運(yùn)算放 大器的輸出端之間；
[0013] 第四電容，連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間；以及
[0014] 第四開(kāi)關(guān)，連接在第三電容和第五開(kāi)關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)與共模電壓之間，
[0015] 其中，在相移電路的工作期間，第二至第五開(kāi)關(guān)在第一和第二時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)的控 制下閉合或斷開(kāi)。
[0016] 優(yōu)選地，所述相移電路的工作周期、以及所述第一和第二時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)各自的周 期與所述輸入信號(hào)的采樣周期相等。
[0017] 優(yōu)選地，所述第二和第五開(kāi)關(guān)受到第二時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)的控制，第三和第四開(kāi)關(guān)受 到第一時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)的控制。
[0018] 優(yōu)選地，所述相移電路的工作周期分為連續(xù)的第一和第二時(shí)間段，
[0019] 在第一時(shí)間段內(nèi)，第一時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)為高電平，第二時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)為低電平，第三 和第四開(kāi)關(guān)閉合，第二和第五開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第三和第四電容作為輸出電容，在運(yùn)算放大器的反 相輸入端，輸入信號(hào)對(duì)第一輸入電容充電，使得第一輸入電容、第三開(kāi)關(guān)組成的電路米樣儲(chǔ) 存輸入信號(hào)的電荷，第三電容復(fù)位至共模電壓，第四電容儲(chǔ)存上次的輸出信號(hào)的電荷，使得 輸出端處于保持狀態(tài)，
[0020] 在第二時(shí)間段內(nèi)，第一時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖?，第二從低電平變?yōu)楦?電平，第三和第四開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第二和第五開(kāi)關(guān)閉合，第一輸入電容的連接第二開(kāi)關(guān)的這一端 被接到運(yùn)算放大器的反相輸入端，第一輸入電容通過(guò)輸入信號(hào)的共模電壓和第二開(kāi)關(guān)接運(yùn) 放反相輸入端的虛地復(fù)位，第一輸入電容將上次采樣的輸入信號(hào)的電荷全部釋放出來(lái)，第 一輸入電容上的釋放出來(lái)的電荷被轉(zhuǎn)移到第三和第四電容，輸出端輸出新的值。
[0021] 優(yōu)選地，所述相移電路產(chǎn)生的相位差由第一頻率、第二頻率以及第三和第四電容 的電容值確定。
[0022] 優(yōu)選地，所述相移電路產(chǎn)生的相位差Φ為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種相移電路，其特征在于，所述相移電路接收輸入信號(hào)，并且產(chǎn)生相對(duì)于輸入信號(hào) 相移的輸出信號(hào)，所述輸入信號(hào)是第一頻率的周期信號(hào)按照第二頻率采樣獲得的信號(hào)，所 述第一頻率是輸入信號(hào)的包絡(luò)信號(hào)的頻率f，第一頻率小于第二頻率，所述相移電路包括： 運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端； 第一輸入電容，第一輸入電容一端接收輸入信號(hào)，另一端與第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)以及第 三電容連接； 第二開(kāi)關(guān)，連接在第一輸入電容和運(yùn)算放大器的反相輸入端之間； 第三開(kāi)關(guān)，連接在第一輸入電容和第二開(kāi)關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)與共模電壓之間； 第三電容和第五開(kāi)關(guān)，串聯(lián)連接在第一輸入電容和第二開(kāi)關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)與運(yùn)算放大器 的輸出端之間； 第四電容，連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間；以及 第四開(kāi)關(guān)，連接在第三電容和第五開(kāi)關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)與共模電壓之間， 其中，在相移電路的工作期間，第二至第五開(kāi)關(guān)在第一和第二時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)的控制下 閉合或斷開(kāi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相移電路，其特征在于，所述相移電路的工作周期、以及所述 第一和第二時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)各自的周期與所述輸入信號(hào)的采樣周期相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的相移電路，其特征在于，所述第二和第五開(kāi)關(guān)受到第二時(shí)序 時(shí)鐘信號(hào)的控制，第三和第四開(kāi)關(guān)受到第一時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)的控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的相移電路，其特征在于，所述相移電路的工作周期分為連續(xù) 的第一和第二時(shí)間段， 在第一時(shí)間段內(nèi)，第一時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)為高電平，第二時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)為低電平，第三和第 四開(kāi)關(guān)閉合，第二和第五開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第三和第四電容作為輸出電容，在運(yùn)算放大器的反相輸 入端，輸入信號(hào)對(duì)第一輸入電容充電，使得第一輸入電容、第三開(kāi)關(guān)組成的電路采樣儲(chǔ)存輸 入信號(hào)的電荷，第三電容復(fù)位至共模電壓，第四電容儲(chǔ)存上次的輸出信號(hào)的電荷，使得輸出 端處于保持狀態(tài)， 在第二時(shí)間段內(nèi)，第一時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖?，第二從低電平變?yōu)楦唠娖剑?第三和第四開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第二和第五開(kāi)關(guān)閉合，第一輸入電容的連接第二開(kāi)關(guān)的這一端被接 到運(yùn)算放大器的反相輸入端，第一輸入電容通過(guò)輸入信號(hào)的共模電壓和第二開(kāi)關(guān)接運(yùn)放反 相輸入端的虛地復(fù)位，第一輸入電容將上次采樣的輸入信號(hào)的電荷全部釋放出來(lái)，第一輸 入電容上的釋放出來(lái)的電荷被轉(zhuǎn)移到第三和第四電容，輸出端輸出新的值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的相移電路，其特征在于，所述相移電路產(chǎn)生的相位差由第一 頻率、第二頻率以及第三和第四電容的電容值確定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的相移電路，其特征在于，所述相移電路產(chǎn)生的相位差Φ為：
Ω為弧度，f表示第一頻率，fs表示第二頻率，C3表示第三電容的電容值，C 4表示第四 電容的電容值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相移電路，其特征在于，所述相移電路產(chǎn)生的相位差為約 90。。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的相移電路，其特征在于，在所述相移電路的工作周期內(nèi)，從第 一輸入電容轉(zhuǎn)移的電荷表不為： Vin (n-1) · Cin = [C3 · V0 (n)+C4 · (V0 (n)-V0 (η-1))] 其中，Vin(η-1)表不上一個(gè)時(shí)刻的輸入信號(hào)，V。(η)表不當(dāng)前時(shí)刻的輸出信號(hào)大小， VQ(n-l)表不上一個(gè)時(shí)亥Ij的輸出信號(hào)，Cin表不第一輸入電容的電容值，C3表不第三電容的 電容值，C 4表示第四電容的電容值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的相移電路，其特征在于，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端接收 共模電壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的相移電路，其特征在于，還包括第一直流誤差補(bǔ)償電路，所 述第一直流誤差補(bǔ)償電路包括： 第一電容，第一電容的一端接收輸入信號(hào)，另一端連接第一輸入電容；以及 第一開(kāi)關(guān)，連接在第一電容和第一輸入電容的中間節(jié)點(diǎn)與共模電壓之間， 其中，第一開(kāi)關(guān)在第三時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)信號(hào)的控制下閉合或斷開(kāi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的相移電路，其特征在于，第三時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)信號(hào)與所述輸 入信號(hào)的采樣周期相等。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的相移電路，其特征在于，所述相移電路的工作周期分為連 續(xù)的第一至第三時(shí)間段， 在第一時(shí)間段內(nèi)，第一時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)為高電平，第二和第三時(shí)序時(shí)鐘信號(hào)為低電平，第 三和第四開(kāi)關(guān)閉合，第一、第二和第五開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第一電容和第一輸入電容作