信號(hào)處理裝置和放大器的制造方法
【專利摘要】提供了一種信號(hào)處理裝置，該信號(hào)處理裝置包括：放大器和控制器，該放大器的帶寬能夠切換；控制器被配置成執(zhí)行控制，以在至放大器的信號(hào)輸入開始之后以寬帶寬將放大器操作恒定時(shí)間，并且此后以窄帶寬操作該放大器。
【專利說(shuō)明】信號(hào)處理裝置和放大器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)基于2012年11月28日提交的現(xiàn)有日本專利申請(qǐng)N0.2012-259732并要求其優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及一種用于放大傳感器的輸出信號(hào)的技術(shù)。
[0004]近年來(lái)，諸如地磁傳感器和加速度傳感器的各種傳感器的使用廣泛傳播。例如，這些類型的傳感器被并入智能電話等，以通過(guò)使用由這些傳感器檢測(cè)的方向和加速度而提供各種服務(wù)。由于這些類型的傳感器的輸出信號(hào)弱，所以這些信號(hào)通常在通過(guò)放大器放大后使用(參考 JP-A-11-144187)。
[0005]在通過(guò)放大器放大傳感器的輸出信號(hào)的情形下，該放大器經(jīng)常以該放大器可以執(zhí)行放大的固定頻帶來(lái)操作(換言之，在執(zhí)行高速操作的情形下，以寬帶寬操作該放大器)。將在下文描述該原因。圖7 (a)是示出在以窄帶寬操作放大器的情形下和以寬帶寬(比窄帶寬要寬4倍)操作放大器的情形下放大器的頻率特性的曲線圖。圖7 (b)是示出在窄帶寬和寬帶寬的每個(gè)情形下放大器的穩(wěn)定時(shí)間的曲線圖。穩(wěn)定時(shí)間是在矩形階躍輸入被應(yīng)用到放大器之后直至放大器的輸出收斂所需要的時(shí)間(換言之，直至放大器的輸出信號(hào)穩(wěn)固所需要的時(shí)間)。如圖7 (b)中所示，在寬帶寬的情形下穩(wěn)定時(shí)間被縮短。在通過(guò)傳感器檢測(cè)物理狀態(tài)和使用傳感器的輸出信號(hào)控制設(shè)備的情形下，為了該狀態(tài)的變化利用短延遲來(lái)檢測(cè)并且反應(yīng)到該控制，有必要以寬帶寬操作用于放大傳感器的輸出信號(hào)的放大器，從而縮短放大器的穩(wěn)定時(shí)間。然而，在以寬帶寬操作放大器的情形下，噪音也被放大，并且較之以窄帶寬操作放大器的情形，放大之后的信號(hào)的S/N比率更低，從而出現(xiàn)不能捕獲傳感器的輸出信號(hào)細(xì)微變化的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明可以提供信號(hào)處理裝置和放大器，其中傳感器的輸出信號(hào)由該放大器放大并且被使用，改善了其S/N比率同時(shí)避免直至放大器的輸出信號(hào)穩(wěn)固所需要的時(shí)間被延長(zhǎng)。
[0007]信號(hào)處理裝置可以包括放大器，所述放大器的帶寬能夠切換；以及控制器，所述控制器被配置成執(zhí)行控制，以在至放大器的信號(hào)輸入開始之后以寬帶寬將該放大器操作恒定時(shí)間，并且此后以窄帶寬操作該放大器。此外，其帶寬能夠切換的放大器被配置成:檢測(cè)至此的信號(hào)輸入的開始，在信號(hào)輸入開始之后以寬帶寬操作恒定時(shí)間，并且此后以窄帶寬操作。
[0008]在由包括在根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理裝置中的放大器放大傳感器的輸出信號(hào)的情形下，例如，當(dāng)通過(guò)電源接通開始供應(yīng)到傳感器的電力，并且開始至放大器的信號(hào)輸入時(shí)，在至該放大器的信號(hào)輸入開始之后，該放大器以寬帶寬操作恒定時(shí)間。因此，較之放大器以窄帶寬操作的情形，該放大器的穩(wěn)定時(shí)間短。此外，由于在信號(hào)輸入開始之后已經(jīng)流逝恒定時(shí)間之后以窄帶寬操作該放大器，所以較之以寬帶寬持續(xù)地操作該放大器的情形，可以使得S/N比率高。如上所述，利用根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理裝置，當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)被放大器放大并且被使用時(shí)，可以改善其S/N比率同時(shí)避免直至放大器的輸出信號(hào)穩(wěn)固所需要的時(shí)間被延長(zhǎng)。
[0009]關(guān)于上述恒定時(shí)間的長(zhǎng)度，通過(guò)實(shí)際測(cè)量(或數(shù)字模擬)獲得在階躍輸入被饋送到以寬帶寬操作的放大器之后直至放大器的輸出達(dá)到近似其99%的與階躍輸入相對(duì)應(yīng)的收斂值所流逝的時(shí)間，并且該時(shí)間的長(zhǎng)度僅被用作恒定時(shí)間。在此提供大約一個(gè)百分比的裕度以縮短在信號(hào)輸入開始之后和以寬帶寬和窄帶寬操作直至放大器的輸出信號(hào)穩(wěn)固所需要的時(shí)間(總穩(wěn)定時(shí)間)。將在下文對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0010]作為更優(yōu)選的模式，可以設(shè)想其中控制器執(zhí)行以下處理的模式，在所述處理中，多個(gè)傳感器的每個(gè)被選擇為用于放大器的信號(hào)輸入源，并且響應(yīng)于從選擇的信號(hào)輸入源開始信號(hào)輸入，以寬帶寬操作放大器。利用該模式，較之其中以窄帶寬持續(xù)地操作放大器的情形，可以將穩(wěn)定時(shí)間縮短。在切換之前的信號(hào)輸入源和切換之后的信號(hào)輸入源正輸出在信號(hào)輸入源切換之前和之后具有相同值的信號(hào)的情形下，沒有必要更改放大器的放大因數(shù)(換言之，放大器的內(nèi)部狀態(tài))，并且沒有必要將放大器的帶寬切換到寬帶寬并且穩(wěn)定該放大器。為此原因，當(dāng)然控制器可能可以執(zhí)行以下處理，在該處理中，僅在多個(gè)傳感器的每個(gè)被選擇為用于放大器的信號(hào)輸入源并且放大器的內(nèi)部狀態(tài)根據(jù)信號(hào)輸入源的切換而變化的情形下，響應(yīng)于從選擇的信號(hào)輸入源開始信號(hào)輸入，以寬帶寬操作放大器。然而，切換之前的信號(hào)輸入源和切換之后的信號(hào)輸入源正輸出在信號(hào)輸入源的切換之前和之后具有相同值的信號(hào)是罕見的。因此，沒有特別問(wèn)題發(fā)生，即使控制器執(zhí)行以下處理，在該處理中，每次信號(hào)輸入源的切換發(fā)生的處理，放大器的帶寬被切換到寬帶寬，而無(wú)論放大器的內(nèi)部狀態(tài)是否改變。結(jié)果，通過(guò)不對(duì)是否已更改放大器的內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行判斷，可以簡(jiǎn)化由控制器執(zhí)行的處理。又如另一更優(yōu)選模式，可以構(gòu)思以下一種模式，在該模式中，在選擇的信號(hào)輸入源是預(yù)定類型傳感器的情形下，控制器執(zhí)行以下處理，在該處理中，在從信號(hào)輸入源開始信號(hào)輸入之后已經(jīng)流逝恒定時(shí)間之后，將放大器的帶寬切換成窄帶寬。例如，在地磁和加速度傳感器被包括為上述多個(gè)傳感器并且地磁傳感器被選擇為信號(hào)輸入源的情形下，控制器執(zhí)行至窄帶寬的切換。較之加速度傳感器的輸出信號(hào)，地磁傳感器的輸出信號(hào)通常較弱，并且假定輸出信號(hào)受噪音顯著影響。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的信號(hào)處理裝置的配置示例的框圖；
[0012]圖2是示出裝置中包括的放大器的配置示例的電路圖；
[0013]圖3是用于解釋包括在裝置中的控制器的操作的定時(shí)圖；
[0014]圖4 (a)和4 (b)是解釋在帶寬切換的定時(shí)和總穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)度之間的關(guān)系的曲線圖；
[0015]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的在信號(hào)處理裝置中使用的放大器中包括的運(yùn)算放大器的配置示例的電路圖；
[0016]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的在信號(hào)處理裝置中使用的放大器的配置不例的電路圖；以及[0017]圖7 (a)是示出放大器的頻帶和頻率特性之間的關(guān)系的曲線圖和圖7 (b)是示出放大器的頻帶和其穩(wěn)定時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]將在下文參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
[0019]〈1.第一實(shí)施例〉
[0020]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的信號(hào)處理裝置10的配置示例的框圖。
[0021]信號(hào)處理裝置10從而將相應(yīng)傳感器20-1至20-4選擇為信號(hào)輸入源，放大從被選擇的信號(hào)輸入源饋送的差分信號(hào)，并且將該信號(hào)提供給A/D轉(zhuǎn)換器30。相應(yīng)傳感器20-1、20-2和20-3是地磁傳感器并且具有相同配置。在圖1中，僅傳感器20-1的特定配置示例被示出。通過(guò)橋連接四個(gè)巨型磁電阻元件GMR配置這些地磁傳感器的每個(gè)。在該實(shí)施例中，通過(guò)傳感器20-1、20-2和20-3形成三軸地磁傳感器。傳感器20_4是三軸加速度傳感器，并且輸出代表以在相應(yīng)軸方向上的加速度分量的三組差分信號(hào)。
[0022]信號(hào)處理裝置10包括如圖1中示出的開關(guān)110-n (n=l至4)，開關(guān)112_n (n=l至4)、放大器120、以及控制器130。開關(guān)110-n插入在傳感器20_n的一個(gè)信號(hào)輸出端和放大器120的一個(gè)信號(hào)輸入端之間，并且開關(guān)112-n插入在傳感器20-n的另一信號(hào)輸出端和放大器120的另一信號(hào)輸入端之間。使用從控制器130輸出的選擇信號(hào)SEL-n,執(zhí)行開關(guān)110-n和開關(guān)112-n的0N/0FF切換。例如，當(dāng)選擇信號(hào)SEL_n高時(shí)，開關(guān)110-n和112_n均接通；當(dāng)選擇信號(hào)SEL-n低時(shí),開關(guān)110-n和112_n均斷開。在該實(shí)施例中，通過(guò)開關(guān)110_n和112-n的0N/0FF控制，實(shí)現(xiàn)用于放大器120的信號(hào)輸入源的切換。例如，在將傳感器20_1選擇為信號(hào)輸入源的情形下，僅開關(guān)110-1和開關(guān)112-1被接通，并且僅開關(guān)110-n (n=2至4)和開關(guān)112-n (n=2至4)被斷開。
[0023]放大器120包括運(yùn)算放大器122a和112b和電阻器124、126和128，如圖1中所示。從通過(guò)開關(guān)110-n (n=l至4)和開關(guān)112-n (n=l至4)的0N/0FF控制所選擇的信號(hào)輸入源輸出的差分信號(hào)的一側(cè)，被饋送給運(yùn)算放大器122a的正相輸入端；并且差分信號(hào)的另一側(cè)被饋送給運(yùn)算放大器122b的正相輸入端。電阻器124插入在運(yùn)算放大器122a的輸出端和負(fù)相輸入端之間，并且電阻器126插入在運(yùn)算放大器122b的輸出端和負(fù)相輸入端之間。此外，運(yùn)算放大器122a的負(fù)相輸入端經(jīng)由電阻器128連接到運(yùn)算放大器122b的負(fù)相輸入端。電阻器124和126的每個(gè)的電阻值是R，并且電阻器128的電阻值是r。當(dāng)假定電壓Vp被應(yīng)用到運(yùn)算放大器122a的正相輸入端并且電壓Vn被應(yīng)用到運(yùn)算放大器122b的正相輸入端時(shí)，放大器120放大由下文描述的等式(I)所代表的電壓差(Vp-Vn)。在下文描述的等式(I)中，Vop是運(yùn)算放大器122a的輸出電壓，并且Von是運(yùn)算放大器122b的輸出電壓。
[0024]Vop-Von=(2R/r+1)(Vp-Vn)...(I)
[0025]在該實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)整電阻器124和126的每個(gè)的電阻值R和電阻器128的電阻值，控制放大器120的放大因數(shù)。通過(guò)控制器130調(diào)整電阻器124、126和128的相應(yīng)電阻值。
[0026]在該實(shí)施例中，可以控制其帶寬的運(yùn)算放大器用于運(yùn)算放大器122a和122b。因此，也可以更改放大器120的帶寬。在該實(shí)施例中，取決于從控制器130饋送的帶寬控制信號(hào)SB，通過(guò)切換運(yùn)算放大器122a和122b的帶寬，可以實(shí)現(xiàn)放大器120的帶寬的切換。更具體而言，在從控制器130饋送高的帶寬控制信號(hào)SB的情形下，運(yùn)算放大器122a和122b在寬帶寬操作(換言之，放大器120在寬帶寬操作);在從控制器130饋送低的帶寬控制信號(hào)SB的情形下，運(yùn)算放大器122a和122b在窄帶寬操作(換言之，放大器120在窄帶寬操作)。
[0027]運(yùn)算放大器122a的配置與運(yùn)算放大器122b的相同。因此，在沒有必要進(jìn)行運(yùn)算放大器122a和122b之間的區(qū)分的情形下，這些放大器的每一個(gè)在下文中被稱為“運(yùn)算放大器122”。圖2是示出運(yùn)算放大器122的配置示例的電路圖。如圖2中所示，運(yùn)算放大器122包括差分放大器電路1210、用作運(yùn)算放大器122的輸出級(jí)的輸出電路1220、以及用于控制流過(guò)差分放大器電路1210和輸出電路1220的電流的電流控制器1230。
[0028]差分放大器電路1210是用于放大在饋送到運(yùn)算放大器122的正相輸入端的信號(hào)IP和饋送到其負(fù)相輸入端的信號(hào)IN之間的差的電路。如圖2中所示，差分放大器電路1210由P溝道晶體管Pl和P2以及N溝道晶體管N1、N2和N4構(gòu)成。P溝道晶體管Pl和P2的源極被連接到高電位電源VPP，并且其柵極被連接到P溝道晶體管Pl的漏極。N溝道晶體管NI的漏極被連接到P溝道晶體管Pl的漏極，并且N溝道晶體管N2的漏極連接到P溝道晶體管P2的漏極。P溝道晶體管P2的漏極和N溝道晶體管N2的漏極的公共連接點(diǎn)，被使用為差分放大器電路1210的輸出端。N溝道晶體管NI和N2的源極通常彼此連接，N溝道晶體管N4插入在該公共連接點(diǎn)和低電位電源VSS之間。信號(hào)IN和IP被饋送到N溝道晶體管NI和N2的柵極，相應(yīng)地，N溝道晶體管NI和N2構(gòu)成差分晶體管對(duì)。P溝道晶體管Pl和P2分別被使用為N溝道晶體管NI和N2的負(fù)載，相應(yīng)地，形成電流鏡電路。
[0029]輸出電路1220包括在高電位電源VPP和低電位電源VSS之間串聯(lián)連接的P溝道晶體管P3和N溝道晶體管N3。P溝道晶體管P3的漏極和N溝道晶體管N3的漏極的公共連接點(diǎn)被使用為輸出電路1220的輸出端。P溝道晶體管P3的柵極被連接到差分放大器電路1210的輸出端。在該兩個(gè)的公共連接點(diǎn)和輸出電路1220的輸出端之間，電阻器1222和電容器1224串聯(lián)連接，用于相位補(bǔ)償。
[0030]電流控制器1230被配置，其中N溝道晶體管N5插入在低電位電源VSS和電流源電路1232之間，其輸出電流的電流值可以被切換。該帶寬控制信號(hào)SB被饋送到電流源電路1232。在處于低的帶寬控制信號(hào)SB被饋送到那里的情形下，電流源電路1232輸出具有電流值Il的電流。在處于高的帶寬控制信號(hào)SB被饋送的情形下，電流源電路輸出具有電流值12的電流，電流值12大于電流值Il (例如12=2X11)。N溝道晶體管N5的柵極連接到電流源電路1232和N溝道晶體管N5的漏極的公共連接點(diǎn)，并且連接到N溝道晶體管N3和N4的柵極所連接的公共連接點(diǎn)。換言之，N溝道晶體管N5和N溝道晶體管N3組合以形成電流鏡電路，并且也和N溝道晶體管N4組合以形成另一電流鏡電路。結(jié)果，當(dāng)假定電流源電路1232的輸出電流的電流值為Iref時(shí)，具有通過(guò)電流值Iref乘以N溝道晶體管N5和N4的大小的比率所獲得的電流值的電流，流過(guò)差分放大器電路1210，并且具有通過(guò)電流值Iref乘以N溝道晶體管N5和N3的大小的比率所獲得的電流值的電流，流過(guò)輸出電路1220。流過(guò)輸出電路1220和差分放大器電路1210的每一個(gè)的電流越大，每個(gè)晶體管柵極處存在的寄生電容充電越快。因此，電流越大，運(yùn)算放大器122的帶寬變得越寬。結(jié)果，運(yùn)算放大器122在高的帶寬控制信號(hào)SB被饋送時(shí)以寬帶寬操作，在低帶寬控制信號(hào)SB被饋送時(shí)以窄帶寬操作。[0031]控制器130執(zhí)行控制，以在到放大器120的信號(hào)輸入開始之后以寬帶寬操作放大器120恒定時(shí)間，并且隨后以窄帶寬操作該放大器。更具體而言，響應(yīng)于包括傳感器20-n(n=l至4)、信號(hào)處理裝置10和A/D轉(zhuǎn)換器30的系統(tǒng)通電，控制器130首先選擇傳感器20_1并且設(shè)置放大器120的放大因數(shù)，使得傳感器20-1的輸出信號(hào)的最大值與可以輸入到A/D轉(zhuǎn)換器30的電壓的最大值相對(duì)應(yīng)。因此，開始從傳感器20-1至放大器120的信號(hào)輸入?？刂破?30在通電后將帶寬控制信號(hào)SB設(shè)置為高恒定時(shí)間T(S卩，在從傳感器20-1的信號(hào)輸入開始之后的恒定時(shí)間T)，并且隨后將帶寬控制信號(hào)設(shè)置為低(參考圖3)。
[0032]結(jié)果，放大器120在通電后在直至恒定時(shí)間T流逝的時(shí)段期間，以寬帶寬操作，并且隨后以窄帶寬操作。關(guān)于恒定時(shí)間T的長(zhǎng)度，即階躍輸入饋送到以寬帶寬操作的放大器120直至放大器120的輸出大約達(dá)到其收斂值的99%之后流逝的時(shí)間，通過(guò)實(shí)際測(cè)量(或數(shù)字模擬)事先獲得，并且時(shí)間長(zhǎng)度僅被使用為恒定時(shí)間T。因?yàn)橄铝欣碛稍诖颂峁┙埔粋€(gè)百分比的裕度。如圖4 (a)中所示，當(dāng)然可能的是，放大器120以寬帶寬操作并且在等待放大器120的輸出變得飽和之后執(zhí)行從寬帶寬至窄帶寬的切換。例如，通過(guò)實(shí)際測(cè)量(或數(shù)字模擬)獲得直至放大器120的輸出變得基本飽和的時(shí)間，并且該時(shí)間的長(zhǎng)度可以僅被用為恒定時(shí)間T。然而，在該情形下，由于該帶寬從寬帶寬切換到窄帶寬導(dǎo)致放大器的偏置變化。因此，如圖4(a)中所示，在切換到窄帶寬之后，有必要等待放大器120的輸出變得飽和。另一方面，如圖4 (b)中所示，在當(dāng)放大器120的輸出已經(jīng)大約達(dá)到其收斂值的99%時(shí)執(zhí)行從寬帶寬至窄帶寬的切換的情形下，可以縮短放大器的總穩(wěn)定時(shí)間。為了以該方式縮短總穩(wěn)定時(shí)間，確定恒定時(shí)間T的長(zhǎng)度，同時(shí)提供近似一個(gè)百分比的裕度。
[0033]如圖7 (b)中所示，在放大器中，雖然其穩(wěn)定時(shí)間變得較短，但是在放大器以寬帶寬操作的情形下比放大器以窄帶寬操作的情形下，其S/N比率便得較低。這也類似地可應(yīng)用到放大器120。在該實(shí)施例中，放大器120在電源接通之后以寬帶寬操作恒定時(shí)間T以縮短穩(wěn)定時(shí)間。此外，放大器120在恒定時(shí)間T流逝之后以窄帶寬操作，以提高放大器120的輸出信號(hào)的S/N比率。
[0034]當(dāng)如上所述在通電時(shí)放大器120的穩(wěn)定完成時(shí)，控制器130取決于來(lái)自后級(jí)電路的指令等，執(zhí)行開關(guān)110-n(n=l至4)和開關(guān)112_n(n=l至4)的0N/0FF切換，從而切換用于放大器120的信號(hào)輸入源。在切換時(shí)，控制器130將帶寬控制信號(hào)SB設(shè)置為高并且執(zhí)行控制，以便重新以寬帶寬操作放大器120。此外，在信號(hào)輸入源切換之后恒定時(shí)間流逝后，控制器130將帶寬控制信號(hào)SB設(shè)置為低，并且隨后執(zhí)行控制以便以窄帶寬操作放大器120。換言之，在該實(shí)施例中，控制器130執(zhí)行其中每次用于放大器120的信號(hào)輸入源被切換時(shí)放大器120以寬帶寬操作一次的處理，即響應(yīng)于從被切換的信號(hào)輸入源的信號(hào)輸入的開始，隨后在信號(hào)輸入源切換之后當(dāng)恒定時(shí)間流逝時(shí)，放大器120的帶寬被切換到窄帶寬。該處理被執(zhí)行以獲得高S/N比率，同時(shí)與信號(hào)輸入源的切換相關(guān)聯(lián)的總穩(wěn)定時(shí)間被縮短，如上所述。然而，在切換之前的信號(hào)輸入源和切換之后的信號(hào)輸入源輸出具有該信號(hào)輸入源切換之前和之后的相同值的信號(hào)的情形下，沒有必要更改放大器120的放大因數(shù)(換言之，放大器120的內(nèi)部狀態(tài))，并且沒有必要重新穩(wěn)定放大器120。因此，當(dāng)然可以想到，控制器130執(zhí)行其中僅放大器120的內(nèi)部狀態(tài)取決于信號(hào)輸入源的切換而變化的處理,響應(yīng)于信號(hào)輸入的開始，該放大器120以寬帶寬操作，并且隨后在恒定時(shí)間流逝之后，放大器120的帶寬切換成窄帶寬。然而，切換之前的信號(hào)輸入源和切換之后的信號(hào)輸入源輸出具有該信號(hào)輸入源切換之前和之后的相同值的信號(hào)是非常罕見的。因此，即使控制器130執(zhí)行處理也沒有特殊問(wèn)題發(fā)生，在該處理中，每次信號(hào)輸入源切換發(fā)生，無(wú)論放大器120的內(nèi)部狀態(tài)是否已經(jīng)改變，該放大器的帶寬都切換到寬帶寬一次，隨后在恒定時(shí)間流逝后該帶寬被切換到窄帶寬。通過(guò)控制器130執(zhí)行的處理可以因此被簡(jiǎn)化。因此在該實(shí)施例中，控制器130被配置成執(zhí)行處理，在該處理中，每次用于放大器120的信號(hào)輸入源被切換，放大器120以寬帶寬操作一次，隨后，在信號(hào)輸入源切換之后，當(dāng)恒定時(shí)間流逝時(shí)，放大器120的帶寬切換成窄帶寬。此外，雖然每次信號(hào)輸入源的切換發(fā)生時(shí)放大器120以寬帶寬操作，但是也有可能在新近選擇的信號(hào)輸入源是預(yù)定類型的傳感器的情形下，從信號(hào)輸入開始到恒定時(shí)間T流逝之后切換成窄帶寬可以被執(zhí)行。例如，在信號(hào)輸入源被切換成加速度傳感器的情形下，切換成窄帶寬不能被執(zhí)行；然而，在信號(hào)輸入源被切換到地磁傳感器的情形下，切換成窄帶寬可以被執(zhí)行。通常，較之加速度傳感器的輸出信號(hào)，地磁傳感器的輸出信號(hào)弱，并且假定該輸出信號(hào)受到噪音顯著影響。另一方面，加速度傳感器的輸出信號(hào)不怎么受噪音影響，因此可以想象即使以寬帶寬持續(xù)地操作放大器120也沒有嚴(yán)重問(wèn)題發(fā)生。
[0035]如上所述，關(guān)于該實(shí)施例，當(dāng)傳感器20_n(n=l至4)的每個(gè)輸出信號(hào)由放大器120放大并且饋送到A/D轉(zhuǎn)換器30時(shí)，S/N比率可以改善，同時(shí)直至放大器的輸出信號(hào)穩(wěn)固所需要的時(shí)間避免被延長(zhǎng)。此外，關(guān)于該實(shí)施例，因?yàn)橹练糯笃?20的信號(hào)輸入的開始之后直至該輸出信號(hào)穩(wěn)固所需要的時(shí)間可被縮短，所以該實(shí)施例有利于執(zhí)行例如使用方法，在該使用方法中，當(dāng)使用傳感器等執(zhí)行測(cè)量時(shí)啟動(dòng)電路，隨后在該測(cè)量之后停止該電路。
[0036]<2.第二實(shí)施例>
[0037]接下來(lái)，將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例。該實(shí)施例與第一實(shí)施例不同，因?yàn)槭褂脠D5中示出的運(yùn)算放大器222而非上文描述的圖2中所示配置的運(yùn)算放大器122來(lái)配置用于放大傳感器20-n的輸出信號(hào)的放大器。在圖5中，與圖2中所示的那些相同的部件通過(guò)相同參考符號(hào)表示。運(yùn)算放大器222不同于運(yùn)算放大器122，因?yàn)槿鐝膱D2和圖5比較中所顯而易見的，電流控制器2230被設(shè)置為替代電流控制器1230。此外，電流控制器2230與電流控制器1230不同，因?yàn)殡娏髟措娐?232被設(shè)置替代電流源電路1232并且新提供了 N溝道晶體管N5'和開關(guān)2234a和2234b。
[0038]電流源電路2232是恒定電流源電路并且輸出具有固定恒定電流值的電流。開關(guān)2234a和2234b串聯(lián)地插入在電流源電路2232和N溝道晶體管N5的漏極的公共連接點(diǎn)和低電位電源VSS之間。此外，N溝道晶體管N5'插入在公共連接點(diǎn)和低電位電源VSS之間。此外，N溝道晶體管N5'的柵極連接到開關(guān)2234a和2234b的公共連接點(diǎn)。
[0039]取決于帶寬控制信號(hào)SB的信號(hào)電平接通/斷開開關(guān)2234a和2234b。在該實(shí)施例中，在作為高的帶寬控制信號(hào)SB被饋送的情形下，開關(guān)2234a斷開而開關(guān)2234b接通。反之，在作為低的帶寬控制信號(hào)SB被饋送的情形下，開關(guān)2234a接通而開關(guān)2234b斷開。在開關(guān)2234a斷開而開關(guān)2234b接通的狀態(tài)下(第一狀態(tài))，N溝道晶體管N5'被斷開。在該狀態(tài)下，電流源電路2232的輸出電流整個(gè)地通過(guò)N溝道晶體管N5，并且流到低電位電源VSS。
[0040]另一方面，在開關(guān)2234a接通而開關(guān)2234b斷開的狀態(tài)下(第二狀態(tài))，N溝道晶體管N5'被接通，并且電流源電路2232的輸出電流經(jīng)過(guò)N溝道晶體管N5和N5'，并且流至低電位電源VSS。換言之，在N溝道晶體管N5'和N溝道晶體管N5具有相同大小的情形下，在第二種狀態(tài)下流過(guò)N溝道晶體管N5的電流的電流值變成第一種狀態(tài)的一半，并且流過(guò)N溝道晶體管N3和N溝道晶體管N4的每一個(gè)的電流的電流值也變成一半。換言之，在該實(shí)施例中，通過(guò)執(zhí)行開關(guān)2234a和開關(guān)2234b的ON/OFF切換，切換流過(guò)輸出電路1220和差分放大器電路1210的電流的電流值，從而切換包括運(yùn)算放大器222的放大器的帶寬。
[0041]同樣在該實(shí)施例中，控制器130執(zhí)行其中如圖3中所示的響應(yīng)于電源接通傳感器20-1被選擇并且切換帶寬控制信號(hào)SB的信號(hào)值的處理，從而可以避免S/N比率變得較低，同時(shí)直至根據(jù)該實(shí)施例的放大器的輸出信號(hào)穩(wěn)固所需要的時(shí)間可以避免被延長(zhǎng)。
[0042]<3.第三實(shí)施例>
[0043]在上述第一和第二實(shí)施例中，已經(jīng)描述了一種情形，在該情形中，通過(guò)切換流過(guò)差分放大器電路和包括在用于放大傳感器20-n的輸出信號(hào)的放大器中的運(yùn)算放大器的輸出電路的電流的電流值而切換放大器的帶寬。然而，通過(guò)切換反饋電阻和與運(yùn)算放大器一起構(gòu)成放大器的輸入電阻的電阻值，可以實(shí)現(xiàn)該帶寬的切換。如其中通過(guò)切換這些電阻值實(shí)現(xiàn)帶寬的切換的配置的示例，在替代圖1中示出的放大器120使用放大器320中，可以構(gòu)思圖6中示出的配置。
[0044]如圖6中所示，放大器320包括運(yùn)算放大器322a和322b、電阻器324a至324j、開關(guān)326a至326f、以及電容器328a和328b。每個(gè)電阻器324a至324f的電阻值是R，并且每個(gè)電阻器324g至324i的電阻值是r。此外，每個(gè)電容器328a和328b的電容是C。然而，電阻器324a至324f的所有電阻值不需要相同，并且電阻器324g至324i的所有電阻值不需要相同。在每個(gè)電阻器324a和324f的電阻值是Rl，每個(gè)電阻器324b和324e的電阻值是R2，每個(gè)電阻器324c和324d的電阻值是R3，并且電阻器324g、324h和324i的電阻值相應(yīng)地是r1、r2和r3的情形下，則僅可以建立比率Rl:R2:R3=r1:r2:r30
[0045]與根據(jù)第一實(shí)施例的運(yùn)算放大器122和根據(jù)第二實(shí)施例的運(yùn)算放大器222不同，運(yùn)算放大器322a和322b不具有用于切換該帶寬的配置。電容器328a插入在運(yùn)算放大器322a的輸出端和負(fù)相輸入端之間。電阻器324a、324b和324c串聯(lián)地插入在運(yùn)算放大器322a的負(fù)相輸入端和電容器328a的公共連接點(diǎn)和運(yùn)算放大器322a的輸出端之間。此外，電阻器324a和324b的公共連接點(diǎn)經(jīng)由開關(guān)326a連接到運(yùn)算放大器322a的輸出端，并且電阻器324b和324c的公共連接點(diǎn)經(jīng)由開關(guān)326b被連接到運(yùn)算放大器322a的負(fù)相輸入端。
[0046]電容器328b插入在運(yùn)算放大器322b的輸出端和負(fù)相輸入端之間。電阻器324d、324e和324f串聯(lián)地插入在運(yùn)算放大器322b的負(fù)相輸入端和電容器328b之間的公共連接點(diǎn)和運(yùn)算放大器322b的輸出端之間。此外，電阻器324e和324f的公共連接點(diǎn)經(jīng)由開關(guān)326c連接到運(yùn)算放大器322b的輸出端，并且電阻器324d和324e的公共連接點(diǎn)經(jīng)由開關(guān)326d連接到運(yùn)算放大器322b的負(fù)相輸入端。
[0047]此外，電阻器324g、324h和324i串聯(lián)地插入在運(yùn)算放大器322a的負(fù)相輸入端和運(yùn)算放大器322b的負(fù)相輸入端之間。電阻器324g和324h的公共連接點(diǎn)經(jīng)由開關(guān)326e連接到運(yùn)算放大器322b的負(fù)相輸入端，并且電阻器324h和324i的公共連接點(diǎn)經(jīng)由開關(guān)326f連接到運(yùn)算放大器322a的負(fù)相輸入端。
[0048]在作為高的帶寬控制信號(hào)SB被饋送的情形下開關(guān)326a至326f每個(gè)被接通，并且在作為低的帶寬控制信號(hào)SB被饋送的情形下被斷開。在斷開所有開關(guān)326a至326f的狀態(tài)下，電阻器324a、324b和324c串聯(lián)地插入在運(yùn)算放大器322a的輸出端和負(fù)相輸入端之間，電阻324d、324e和324f串聯(lián)地連接在運(yùn)算放大器322b的輸出端和負(fù)相輸入端之間，并且電阻器324g、324h和324i串聯(lián)地連接在運(yùn)算放大器322a和322b的負(fù)相輸入端之間。換言之，在所有開關(guān)324a至324f斷開的狀態(tài)下，具有輸入電阻3r、反饋電阻3R和電容C的負(fù)反饋有源低通濾波器由運(yùn)算放大器322a、電阻器324a至324c、電阻器324g至324i和電容器328a形成。相似地，具有輸入電阻3r、反饋電阻3R和電容C的負(fù)反饋有源低通濾波器通過(guò)運(yùn)算放大器322b、電阻器324d至324f、電阻器324g至324i和電容器328b形成。
[0049]另一方面，在所有開關(guān)326a至326f接通的狀態(tài)下，電阻器324a、324b和324c并聯(lián)地連接在運(yùn)算放大器322a的輸出端和負(fù)相輸入端之間，電阻器324d、324e和324f并聯(lián)地連接在運(yùn)算放大器322b的輸出端和負(fù)相輸入端之間，電阻324g、324h和324i并聯(lián)地連接在運(yùn)算放大器322a和322b的負(fù)相輸入端之間。換言之，在所有開關(guān)326a至326f接通的狀態(tài)下，具有輸入電阻r/3、反饋電阻R/3和電容C的負(fù)反饋有源低通濾波器通過(guò)運(yùn)算放大器322a、電阻器324a至324c、電阻器324g至324i和電容器328a形成。相似地，具有輸入電阻r/3、反饋電阻R/3和電容C的負(fù)反饋有源低通濾波器通過(guò)運(yùn)算放大器322b、電阻器324d至324f、電阻器324g至324i和電容器328b形成。
[0050]上述負(fù)反饋有源低通濾波器的每個(gè)的截止頻率(在其中放大器320可以執(zhí)行放大的頻帶的上限頻率)，具有與反饋電阻的電阻值和電容C的乘積的倒數(shù)相對(duì)應(yīng)的值，并且放大因數(shù)具有與輸入電阻和反饋電阻的比率相對(duì)應(yīng)的值。在所有開關(guān)326a至326f斷開的狀態(tài)下，反饋電阻是3R，并且在所有開關(guān)326a至326f接通的狀態(tài)下，反饋電阻是R/3。因此，在所有開關(guān)326a至326f接通的狀態(tài)下，該放大器可以執(zhí)行放大的頻帶較寬。換言之，當(dāng)所有開關(guān)326a至326f接通時(shí)，放大器320以寬帶寬操作，并且當(dāng)所有開關(guān)326a至326f斷開時(shí)，放大器320以窄帶寬操作。此外，在每個(gè)負(fù)反饋有源低通濾波器中的輸入電阻和反饋電阻的比率未被改變和放大器320的放大因數(shù)未被改變，無(wú)論所有開關(guān)326a至326f是接通還是斷開。換言之，在根據(jù)該實(shí)施例的放大器320中，可以切換其中放大器可以執(zhí)行放大的頻帶(在兩個(gè)階段之間切換:寬帶寬和窄帶寬)，同時(shí)通過(guò)同步執(zhí)行所有開關(guān)326a至326f的0N/0FF切換，保持該放大因數(shù)恒定。
[0051]而且在根據(jù)該實(shí)施例的信號(hào)處理裝置中，雖然在圖6中未詳細(xì)示出，但是控制器130在電源接通時(shí)選擇傳感器20-1，并且輸出高的帶寬控制信號(hào)恒定時(shí)間T，隨后輸出低的帶寬控制信號(hào)SB。因此，放大器320在從傳感器20-1的信號(hào)輸入開始之后以寬帶寬操作恒定時(shí)間T，并且此后以窄帶寬操作。因此，也在該實(shí)施例中，S/N比率可以避免變得較低，同時(shí)直至放大器320的輸出信號(hào)穩(wěn)固所需要的時(shí)間避免被延長(zhǎng)。在該實(shí)施例中，通過(guò)切換反饋電阻的值可以切換放大器320的帶寬，同時(shí)在構(gòu)成放大器320的每一個(gè)負(fù)反饋有源低通濾波器中的輸入電阻和反饋電阻的比率保持恒定。然而，通過(guò)將每一個(gè)負(fù)反饋有源低通濾波器中的輸入電阻和反饋電阻的電阻值設(shè)置成固定值和通過(guò)切換電容C的值，可以實(shí)現(xiàn)該帶寬的切換。
[0052]<4.修改的示例>
[0053]本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，例如可以進(jìn)行下文描述的各種修改。
[0054](I)在上文描述的第一和第二實(shí)施例中，流過(guò)輸出電路和差分放大器電路的電流的電流值在兩個(gè)階段之間切換:在寬帶寬操作期間的電流值和在窄帶寬操作期間的電流值。然而，該電流值可以在多個(gè)階段中切換。此外，在上文描述的第三實(shí)施例中的輸入電阻和反饋電阻的電阻值也可以在多個(gè)階段中切換。[0055](2)在上述實(shí)施例中，用于切換放大器的帶寬的控制器與該放大器分離地設(shè)置，該放大器的帶寬可以被切換。然而，可以將用于在檢測(cè)至放大器的信號(hào)輸入開始之后切換帶寬的控制器并入該放大器中，或者將用于在檢測(cè)放大器的內(nèi)部狀態(tài)之后切換帶寬的控制器并入放大器。
[0056](3)在上述實(shí)施例中，已經(jīng)描述了其中使用MOS晶體管的電路配置。然而，在不限制為MOS晶體管的情形下，諸如雙極晶體管的其他類型的晶體管可以用于配制這些電路。
[0057](4)在上述實(shí)施例中，已經(jīng)描述了其中用作至放大器的信號(hào)輸入源的傳感器是加速度傳感器或地磁傳感器。然而理所當(dāng)然的，諸如陀螺儀傳感器的其他類型的傳感器也可被使用。此外，沒有必要提供用作至放大器的信號(hào)輸入源的多個(gè)傳感器，但是可以使用一個(gè)傳感器。
[0058](5)在上述實(shí)施例中，例如，寬帶寬是60kHz、并且窄帶寬是15kHz。可以將其他值作為寬帶寬和窄帶寬加以采用。
【權(quán)利要求】
1.一種信號(hào)處理裝置，包括: 放大器，所述放大器的帶寬能夠切換，以及 控制器，所述控制器被配置成執(zhí)行控制，以在至所述放大器的信號(hào)輸入開始之后以寬帶寬將所述放大器操作恒定時(shí)間，并且此后以窄帶寬操作所述放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置，其中，從傳感器供應(yīng)所述至所述放大器的信號(hào)輸入，并且所述傳感器是加速度傳感器、地磁傳感器和陀螺儀傳感器中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置，其中，所述控制器被配置成，將多個(gè)傳感器中的每個(gè)選擇為用于所述放大器的信號(hào)輸入源，并且執(zhí)行控制以響應(yīng)于從選擇的信號(hào)輸入源開始信號(hào)輸入而以所述寬帶寬操作所述放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號(hào)處理裝置，其中，在所述選擇的信號(hào)輸入源是預(yù)定類型的傳感器的情形下，在從所述信號(hào)輸入源開始所述信號(hào)輸入之后已經(jīng)流逝所述恒定時(shí)間之后，所述控制器將所述放大器的所述帶寬切換成所述窄帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號(hào)處理裝置，其中，所述多個(gè)傳感器包括加速度傳感器、地磁傳感器和陀螺儀傳感器中的至少一個(gè)，所述預(yù)定類型的傳感器是所述地磁傳感器。
6.一種放大器，所述放大器的帶寬能夠切換，所述放大器被配置成檢測(cè)至此的信號(hào)輸入的開始，并且所述放大器被配置成在所述信號(hào)輸入開始之后以寬帶寬操作恒定時(shí)間，并且此后以窄帶寬操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器，包括運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器包括: 差分放大器電路；· 輸出電路；以及 包括電流源電路的電流控制器，所述電流控制器被配置成控制流過(guò)所述差分放大器電路和所述輸出電路的電流的值，其中 當(dāng)所述電流的值是第一值時(shí)，所述放大器以所述窄帶寬操作；以及 當(dāng)所述電流的值是第二值時(shí)，所述放大器以所述寬帶寬操作，所述第二值大于所述第一值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器，包括運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器包括: 差分放大器電路； 輸出電路；以及 電流控制器，包括:電流源電路；N溝道晶體管；和開關(guān)，其中所述電流源電路輸出具有固定值的電流，并且所述電流經(jīng)過(guò)所述N溝道晶體管并且流過(guò)所述差分放大器電路和所述輸出電路，其中 當(dāng)所述開關(guān)處于第一狀態(tài)時(shí)，所述N溝道晶體管斷開，并且所述放大器以所述寬帶寬操作，以及 當(dāng)所述開關(guān)處于第二狀態(tài)時(shí)，所述N溝道晶體管接通，并且所述放大器以所述窄帶寬操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器，包括: 運(yùn)算放大器； 電阻器； 開關(guān)；以及電容器，其中 當(dāng)所述開關(guān)接通時(shí)，具有第一參數(shù)的負(fù)反饋有源低通濾波器由所述運(yùn)算放大器、所述電阻器和所述電容器形成，并且所述放大器以所述寬帶寬操作，以及 當(dāng)所述開關(guān)斷開時(shí)，具有第二參數(shù)的負(fù)反饋有源低通濾波器由所述運(yùn)算放大器、所述電阻器和所 述電容器形成，并且所述放大器以所述窄帶寬操作。
【文檔編號(hào)】H03F3/45GK103853070SQ201310625392
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】前島利夫 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社