檢測(cè)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及模擬電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檢測(cè)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS傳感器以其體積小、重量輕、抗機(jī)械振動(dòng)及溫度變化能力強(qiáng)、抗電磁干擾性能優(yōu)越等許多優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、聲學(xué)、醫(yī)療、軍事、石油探測(cè)等許多領(lǐng)域，特別在移動(dòng)通信領(lǐng)域，MEMS傳感器已成為智能手機(jī)的標(biāo)配。
[0003]現(xiàn)有的MEMS傳感器的輸出信號(hào)檢測(cè)電路先用放大器將信號(hào)放大，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter, ADC)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后用數(shù)字濾波器對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字值進(jìn)行濾波。MEMS傳感器的輸出信號(hào)檢測(cè)電路主要有三種架構(gòu):電荷放大器加逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器，電壓信號(hào)放大器加過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器，電壓信號(hào)放大器加逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)中，由于放大器需要驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所以放大器的帶寬會(huì)受到限制。這樣，放大器的噪聲和MEMS傳感器輸出本身的噪聲都是通過(guò)數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波的。這樣為降低噪聲就必須降低數(shù)字濾波器的帶寬，無(wú)論是增加ADC的采樣次數(shù)還是降低ADC的采樣時(shí)鐘頻率來(lái)降低數(shù)字濾波器的帶寬，都會(huì)以增加前端電路的功耗為代價(jià)。通常這些電路能達(dá)到16bit的精度，如果繼續(xù)提高精度，代價(jià)會(huì)比較大，存在著優(yōu)化性能與功耗之間的矛盾。
[0005]因此期望MEMS傳感器的輸出信號(hào)的檢測(cè)電路能夠提供高的信噪比。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型提出一種檢測(cè)電路，用于檢測(cè)電壓信號(hào)，例如MEMS傳感器的微弱輸出信號(hào)。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提出的檢測(cè)電路包括:電壓信號(hào)放大器，用于放大所述電壓信號(hào)，以生成放大信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路，用于調(diào)整所述放大信號(hào)的增益、帶寬，以生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)；過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于在第一時(shí)序信號(hào)的控制下以第一頻率對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣、量化，以生成數(shù)字信號(hào)；數(shù)字濾波器，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波；其中，所述放大信號(hào)不包含所述電壓信號(hào)中的噪聲，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所述過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器匹配。
[0008]優(yōu)選地，所述檢測(cè)電路還包括:第一斬波電路，設(shè)置在所述電壓信號(hào)放大器之前，用于在第二時(shí)序信號(hào)的控制下對(duì)所述電壓信號(hào)進(jìn)行斬波；第二斬波電路，設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)電路和所述過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間，用于在第二時(shí)序信號(hào)的控制下對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行斬波。
[0009]優(yōu)選地，所述第一頻率大于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率的兩倍。
[0010]優(yōu)選地，所述第二時(shí)序信號(hào)包括交替且時(shí)間相等的第一相位和第二相位。
[0011]優(yōu)選地，所述第一斬波電路在所述第二時(shí)序信號(hào)為第一相位時(shí)，將輸入信號(hào)直接輸出；所述第一斬波電路在所述第二時(shí)序信號(hào)為第二相位時(shí)，將輸出信號(hào)設(shè)置為同輸入反相；所述第二斬波電路在所述第二時(shí)序信號(hào)為第一相位時(shí)，將輸入信號(hào)直接輸出；所述第二斬波電路在所述第二時(shí)序信號(hào)為第二相位時(shí)，將輸出信號(hào)設(shè)置為同輸入信號(hào)反相。
[0012]優(yōu)選地，所述過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器在第一時(shí)序信號(hào)的控制下，在所述第一相位和第二相位切換后的建立時(shí)間內(nèi)不工作或丟棄輸出的數(shù)字信號(hào)。
[0013]優(yōu)選地，所述第一時(shí)序信號(hào)的周期為所述第二時(shí)序信號(hào)的周期的一半，所述第一時(shí)序信號(hào)的周期包括依次的建立時(shí)間和工作時(shí)間，其中所述工作時(shí)間的長(zhǎng)度為所述過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣周期的整數(shù)倍。
[0014]優(yōu)選地，所述工作時(shí)間的長(zhǎng)度為所述過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣周期的2n倍。
[0015]優(yōu)選地，所述建立時(shí)間根據(jù)所述電壓信號(hào)放大器的帶寬確定，且所述建立時(shí)間大于所述過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣周期，小于所述工作時(shí)間。
[0016]優(yōu)選地，在所述建立時(shí)間內(nèi)，所述過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器同所述數(shù)字濾波器斷開(kāi)；在所述工作時(shí)間內(nèi)，所述過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器同所述數(shù)字濾波器連接。
[0017]通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路為電壓信號(hào)放大器產(chǎn)生的放大信號(hào)進(jìn)行增益和帶寬調(diào)制，使得電壓信號(hào)放大器的帶寬不需要匹配過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電壓信號(hào)放大器用作濾波器來(lái)濾除MEMS傳感器輸出信號(hào)的噪聲，不需要降低數(shù)字濾波器的帶寬，提高了系統(tǒng)的信噪比，改善了電路性能。
【附圖說(shuō)明】
[0018]通過(guò)以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中:
[0019]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2為根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖3為根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的檢測(cè)電路的斬波電路的輸入輸出波形圖；
[0022]圖4為根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的檢測(cè)電路的工作時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下基于實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行描述，但是本實(shí)用新型并不僅僅限于這些實(shí)施例。在下文對(duì)本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。為了避免混淆本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過(guò)程、流程、元件和電路并沒(méi)有詳細(xì)敘述。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說(shuō)明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個(gè)元件或子電路通過(guò)電氣連接或電磁連接構(gòu)成的導(dǎo)電回路。當(dāng)稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間時(shí)，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時(shí)，意味著兩者不存在中間元件。除非上下文明確要求，否則整個(gè)說(shuō)明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說(shuō)，是“包括但不限于”的含義。
[0024]MEMS傳感器的輸出信號(hào)十分微弱，通常只有幾毫伏，有的甚至是微伏級(jí)的，而且還帶有噪聲；此時(shí)的信號(hào)質(zhì)量是非常差的，信噪比很低。檢測(cè)電路的任務(wù)是對(duì)MEMS傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)數(shù)字濾波器得到高信噪比的輸出信號(hào)。
[0025]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)圖，檢測(cè)電路100包括:電壓信號(hào)放大器101、驅(qū)動(dòng)電路102、過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103以及數(shù)字濾波器104。檢測(cè)電路100用于檢測(cè)MEMS傳感器300的輸出信號(hào)。
[0026]電壓信號(hào)放大器101設(shè)置在MEMS傳感器300和驅(qū)動(dòng)電路之間102。電壓信號(hào)放大器101放大MEMS傳感器產(chǎn)生的微弱的輸出信號(hào)，以產(chǎn)生放大信號(hào)。電壓信號(hào)放大器又稱連續(xù)放大器，是以運(yùn)算放大器為基礎(chǔ)的放大器，用于放大電壓信號(hào)。同時(shí)，電壓信號(hào)放大器101還作為濾波器，通過(guò)調(diào)整電壓信號(hào)放大器101的帶寬可以濾除MEMS傳感器的輸出信號(hào)中的噪聲，提高信噪比。
[0027]驅(qū)動(dòng)電路102設(shè)置在電壓信號(hào)放大器101和過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103之間，驅(qū)動(dòng)電路102用于調(diào)整放大信號(hào)的增益、帶寬等，以產(chǎn)生與過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103匹配的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0028]過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電路102和數(shù)字濾波器104之間，用于將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，例如，過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103為Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器。過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103的采樣頻率高于奈奎斯特采樣率，能夠降低量化噪聲，提高精度，同時(shí)使得其輸出數(shù)字信號(hào)的上限頻率到1/2采樣頻率的區(qū)域都能進(jìn)進(jìn)行數(shù)字處理。
[0029]數(shù)字濾波器104用于對(duì)過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波。數(shù)字濾波器104具有易調(diào)整、精度高的特點(diǎn)，能夠消除幾乎所有的過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103帶外噪聲。
[0030]通常模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有高輸入阻抗和較大且可變的容抗，同時(shí)開(kāi)關(guān)電容或采樣保持電路會(huì)產(chǎn)生電流尖峰，驅(qū)動(dòng)電路102能夠消除電流尖峰同時(shí)提供低阻抗抗源。過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103的采樣頻率高于奈奎斯特采樣率，被采樣的模擬信號(hào)需要有匹配的帶寬，在采樣頻率的1/2處，前一級(jí)的電路需要和過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103有相近的失真和噪聲特性。
[0031]電壓信號(hào)放大器101為了濾除MEMS傳感器的輸出信號(hào)中的噪聲，需要合適的帶寬，因此電壓信號(hào)放大器101輸出的放大信號(hào)與過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103不匹配，驅(qū)動(dòng)電路102通過(guò)調(diào)整放大信號(hào)的增益、帶寬以生成與過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103匹配的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路102使得放大電路101的帶寬不再受過(guò)采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器103制約，能夠更好地對(duì)MEMS傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0032]本實(shí)用新型第一實(shí)施例的檢測(cè)電路100可以在不降低數(shù)字濾波器104帶寬的情況下就能夠提高輸出信號(hào)的質(zhì)量。在第一實(shí)施例的檢測(cè)電路100中MEMS傳感器輸出信號(hào)的噪聲通過(guò)電壓信號(hào)放大器101濾除，電壓信號(hào)放大器101產(chǎn)生的噪聲通過(guò)數(shù)字濾波器104濾除。在MEMS傳感器輸出信號(hào)的噪聲是主要噪聲來(lái)源的情況下，第一實(shí)施例的檢測(cè)電路100能夠有效提高系統(tǒng)的信噪比。
[0033]本實(shí)用新型第一實(shí)施例的檢測(cè)電路100可以同MEMS傳感器300制作在同一個(gè)襯底上，也可以同