本發(fā)明涉及電子技術領域，特別涉及一種放大器、陀螺儀驅(qū)動電路、陀螺儀以及電子設備。

背景技術：

微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System；簡稱：MEMS)結(jié)構的陀螺儀(gyroscope)具有體積小、重量輕、功耗低、易數(shù)字化等優(yōu)點，廣泛應用于民用、國防領域。

微機電系統(tǒng)陀螺儀中應用最廣泛的是振動陀螺儀，振動陀螺儀主要利用科里奧利力，將輸入角速度量轉(zhuǎn)換為位移，然后通過電壓或壓電等方式將位移檢測出來，位移量與施加的角速度量成正比，因此，通過檢測電容值的變化可以確定出角速度。

具體的，參照圖1，為微機械陀螺儀的簡化模型示意圖，質(zhì)量塊m在激勵電壓的驅(qū)動下，沿X軸方向(稱為：驅(qū)動方向)作往復振動，稱為驅(qū)動模態(tài)，通過與驅(qū)動方向相垂直的電容可以檢測到驅(qū)動模態(tài)信號，根據(jù)驅(qū)動模態(tài)信號可以確定出質(zhì)量塊在驅(qū)動方向上的振幅。當外部施加一個繞Z軸的角速度時，質(zhì)量塊受到科里奧利力的作用，產(chǎn)生Y軸方向(稱為：敏感方向)上的振動，稱為敏感模態(tài)，通過與敏感方向相垂直的電容可以檢測到敏感模態(tài)信號。陀螺儀的檢測電路在檢測到敏感模態(tài)信號后，通過放大器對信號進行放大，并將放大后的信號解調(diào)為直流信號。根據(jù)解調(diào)后的直流信號即可確定出質(zhì)量塊在敏感方向上的振幅，進而根據(jù)敏感方向上的振幅確定出角速度值。

為了保證陀螺儀的振動件進行穩(wěn)定的驅(qū)動振動，采用如圖2所示的閉環(huán)驅(qū)動反饋電路，第一放大器用于接收陀螺儀的振動傳感器輸出的驅(qū)動模態(tài)信號， 并將信號放大，再經(jīng)解調(diào)器輸出至比較器，比較器將解調(diào)器輸出值與設定值進行比較，比較器輸出二者的差值至比例積分放大器，比例積分放大器將比較器輸出的差值放大，作為可變增益放大器的控制信號(參見圖2中的V_con)，控制可變增益放大器對第一放大器移相后的信號(參見圖2中的V_in)進行放大的增益，可變增益放大器輸出值即為陀螺儀的振動件的激勵信號，即振動傳感器的輸入信號。通過上述閉環(huán)反饋電路可以使振動件保持穩(wěn)定的驅(qū)動模態(tài)振動，保證陀螺儀工作的穩(wěn)定性。

在上述閉環(huán)驅(qū)動反饋電路中，可變增益放大器是核心器件，要保證陀螺儀的振動件進行穩(wěn)定的驅(qū)動模態(tài)振動，要求可變增益放大器具有良好的線性度，即可變增益放大器輸出信號隨V_con線性變化，但是現(xiàn)有技術中，可變增益放大器的線性度較差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種放大器、陀螺儀驅(qū)動電路、陀螺儀以及電子設備，用于解決現(xiàn)有技術中可變增益放大器的線性度較差的問題。

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種放大器，包括：第一N型金屬氧化物半導體場效應晶體管NMOSFET，所述第一NMOSFET的柵極用于接收輸入信號；第一放大電路，所述第一放大電路的第一輸入端用于接收控制信號，所述第一放大電路的第二輸入端與所述第一NMOSFET的漏極相連接；第二NMOSFET，所述第二NMOSFET的柵極與所述第一放大電路的輸出端相連，所述第二NMOSFET的源極與所述第一NMOSFET的漏極相連；第二反饋放大電路，所述第二反饋放大電路的第一輸入端用于接收共模電壓信號，所述第二運算放大電路的第二輸入端與所述第二NMOSFET的漏極相連，所述第二反饋放大電路的輸出端為放大器的輸出端；第三放大電路，所述第三放大電路的第一輸入端用于接收所述共模電壓信號，所述第三放大電路的第二輸入端與所述第二NMOSFET的漏極相連；電流源，所述電流源的負極與所述第二NMOSFET的 漏極相連所述電流源的控制端與所述第三放大電路的輸出端相連，其中，所述第三放大電路的輸出端輸出的信號用于控制所述電流源輸出的電流值的大小。

第二方面，本發(fā)明實施例提供一種放大器，包括：第一輸入對管，所述第一輸入對管的第一輸入端用于接收輸入信號，所述第一輸入對管的第二輸入端用于接收參考信號；第四放大電路，所述第四放大電路的第一輸入端與所述第一輸入對管的第一輸出端相連，所述第四放大電路的第二輸入端與所述第一輸入對管的第二輸出端相連，所述第四放大電路的第三輸入端用于接收控制信號；第二輸入對管，所述第二輸入對管的第一輸入端與所述第四放大電路的第一輸出端相連，所述第二輸入對管的第二輸入端與所述第四放大電路的第二輸出端相連；第五反饋放大電路，所述第五反饋放大電路的第一輸入端與所述第二輸入對管的第一輸出端相連，所述第五反饋放大電路的第二輸入端與所述第二輸入對管的第二輸出端相連，所述第五反饋放大電路的第三輸入端用于接收共模電壓信號，所述第五反饋放大電路的輸出端為放大器的輸出端；第六放大電路，所述第六放大電路的第一輸入端與所述第二輸入對管的第一輸出端相連，所述第六放大電路的第二輸入端與所述第二輸入對管的第二輸出端相連，所述第六放大電路的第三輸入端用于接收所述共模電壓信號；電流源電路，所述電流源電路的第一輸出端與所述第二輸入對管的第一輸出端相連，所述電流源電路的第二輸出端與所述第二輸入對管的第二輸出端相連，所述電流源電路的控制端與所述第六放大電路的輸出端相連，其中，所述第六放大電路的輸出端輸出的信號用于控制所述電流源電路輸出的電流值的大小。

可選的，所述第一輸入對管包括第三NMOSFET、第四NMOSFET；其中，所述第三NMOSFET的柵極為所述第一輸入對管的第一輸入端，所述第四NMOSFET的柵極為所述第一輸入對管的第二輸入端，所述第三NMOSFET的漏極為所述第一輸入對管的第一輸出端，所述第四NMOSFET的漏極為所述第一輸入對管的第二輸出端，所述第三NMOSFET、所述第四NMOSFET共源極。

可選的，所述第二輸入對管包括第五NMOSFET、第六NMOSFET；其中， 所述第五NMOSFET的柵極為所述第二輸入對管的第一輸入端，所述第六NMOSFET的柵極為所述第二輸入對管的第二輸入端，所述第五NMOSFET的漏極為所述第而輸入對管的第一輸出端，所述第六NMOSFET的漏極為所述第二輸入對管的第二輸出端。

可選的，所述第五NMOSFET的源極與所述第三NMOSFET的漏極相連，所述第六NMOSFET的源極與所述第四NMOSFET的漏極相連。

第三方面，本發(fā)明實施例提供一種陀螺儀驅(qū)動電路，包括：振動傳感器，用于接收驅(qū)動電壓，并根據(jù)所述驅(qū)動電壓產(chǎn)生驅(qū)動模態(tài)信號以及敏感模態(tài)信號；第一放大器，用于接收所述驅(qū)動模態(tài)信號，并對所述敏感模態(tài)信號進行放大，輸出第一放大信號；解調(diào)器，用于接收所述第一放大信號，并將所述第一放大信號解調(diào)為第二直流信號；比較器，用于接收所述第二直流信號，并將所述第二直流信號與設定值進行比較，輸出比較結(jié)果；比例積分放大器，用于接收所述比較器輸出的比較結(jié)果，并對所述比較結(jié)果進行放大，輸出第三放大信號；移相器，用于接收所述第一放大信號，并對所述第一放大信號進行移相，輸出第四移相信號；第一方面或第二方面所述的放大器，所述第三放大信號為所述放大器接收的所述控制信號，所述第四移相信號為所述放大器接收的所述輸入信號，所述放大器輸出的信號為所述驅(qū)動信號。

第四方面，本發(fā)明實施例提供一種陀螺儀，包括：第三方面所述的驅(qū)動電路；第二放大器，用于接收所述敏感模態(tài)信號，并對所述敏感模態(tài)信號進行放大，輸出第五放大信號；第二解調(diào)器，用于接收所述第五放大信號以及所述第四移相信號，用于根據(jù)所述第四移相信號對所述第五放大信號進行解調(diào)，輸出第六直流信號，所述第六直流信號用于確定陀螺儀的角速度。

第五方面，本發(fā)明實施例提供一種電子設備，包括：殼體；第四方面所述的陀螺儀，設置在所述殼體內(nèi)；處理器，設置在所述殼體內(nèi)，用于根據(jù)所述第六直流信號確定所述電子設備的角速度。

本發(fā)明實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu) 點：

本發(fā)明實施例中，通過第六放大電路形成電流源的負反饋回路，動態(tài)調(diào)整電流源的偏置電流Is，使Is跟隨控制電壓的變化。同時，第六放大電路形成的反饋環(huán)路保證第二放大電路的輸入端穩(wěn)定。通過上述結(jié)構，能夠使得放大器的輸出信號V_out與控制信號V_con具有良好的線性關系，且放大器具有較寬的線性增益范圍。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為背景技術中陀螺儀的工作原理示意圖；

圖2為背景技術中陀螺儀驅(qū)動環(huán)路的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的放大器的電路示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的另一放大器的電路示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的陀螺儀的電路示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖以及具體實施例對本發(fā)明技術方案做詳細的說明，應當理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本發(fā)明技術方案的詳細的說明，而不是對本發(fā)明技術方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實施例以及實施例中的技術特征可以相互組合。

本發(fā)明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述 的本發(fā)明的實施例例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤４送?，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設備固有的其它步驟或單元。

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種放大器，參照圖3，為該放大器的電路示意圖，放大器包括：

第一NMOSFET，在圖3中標記為N1，第一NMOSFET的柵極用于接收輸入信號；

第一放大電路，在圖3中標記為OP1，第一放大電路的第一輸入端用于接收控制信號，第一放大電路的第二輸入端與第一NMOSFET的漏極相連接；

第二NMOSFET，在圖3中標記為N2，第二NMOSFET的柵極與第一放大電路的輸出端相連，第二NMOSFET的源極與第一NMOSFET的漏極相連；

第二反饋放大電路，在圖3中標記為OP2，第二反饋放大電路的第一輸入端用于接收共模電壓信號，第二運算放大電路的第二輸入端與第二NMOSFET的漏極相連，第二反饋放大電路的輸出端為放大器的輸出端；

第三放大電路，在圖3中標記為OP3，第三放大電路的第一輸入端用于接收共模電壓信號，第三放大電路的第二輸入端與第二NMOSFET的漏極相連；

電流源，在圖3中標記為Is，電流源的負極與第二NMOSFET的漏極相連，電流源的控制端與第三放大電路的輸出端相連，其中，電流源根據(jù)第三放大電路輸出端輸出的信號調(diào)整電流源輸出的電流值。

具體的，NMOSFET指的是金屬氧化物半導體場效應晶體管。第一NMOSFET接收的輸入信號為待放大信號，控制信號為控制放大器的放大增益的信號。在圖3中，將輸入信號標記為V_in，將控制信號標記為V_con，將放大器的輸出信號標記為V_out。

上述放大器結(jié)構中，通過第三放大電路形成電流源的負反饋回路，動態(tài)調(diào) 整電流源輸出的偏置電流，使偏置電流跟隨控制電壓的變化。同時，第三放大電路形成的反饋環(huán)路保證第二放大電路的輸入端穩(wěn)定。通過上述結(jié)構，能夠使得放大器的輸出信號V_out與控制信號V_con具有良好的線性關系，且放大器具有較寬的線性增益范圍。

基于相同的發(fā)明構思，本發(fā)明實施例在第二方面提供一種差分輸入放大器，參照圖4，該放大器包括：

第一輸入對管101，第一輸入對管的第一輸入端用于接收輸入信號，第一輸入對管的第二輸入端用于接收參考信號；

第四放大電路，在圖4中標記為OP4，第四放大電路的第一輸入端與第一輸入對管的第一輸出端相連，第四放大電路的第二輸入端與第一輸入對管的第二輸出端相連，第四放大電路的第三輸入端用于接收控制信號；

第二輸入對管102，第二輸入對管的第一輸入端與第四放大電路的第一輸出端相連，第二輸入對管的第二輸入端與第四放大電路的第二輸出端相連；

第五反饋放大電路，在圖4中標記為OP5，第五反饋放大電路的第一輸入端與第二輸入對管的第一輸出端相連，第五反饋放大電路的第二輸入端與第二輸入對管的第二輸出端相連，第五反饋放大電路的第三輸入端用于接收共模電壓信號，第五反饋放大電路的輸出端為放大器的輸出端；

第六放大電路，在圖4中標記為OP6，第六放大電路的第一輸入端與第二輸入對管的第一輸出端相連，第六放大電路的第二輸入端與第二輸入對管的第二輸出端相連，第六放大電路的第三輸入端用于接收共模電壓信號；

電流源電路103，電流源電路103的第一輸出端與第二輸入對管的第一輸出端相連，電流源電路103的第二輸出端與第二輸入對管的第二輸出端相連，電流源電路103的控制端與第六放大電路的輸出端相連，其中，電流源電路103能夠根據(jù)第六放大電路的輸出端的輸出值調(diào)整輸出的偏置電流的大小。

具體的，附圖4中，第一輸入對管接收的參考信號標記為V_in，第一輸入對管接收的參考信號標記為V_ip，第五放大電路的差分輸出信號分別標記為 V_on、V_op。另外，V_CMF即為電流源電路103接收的第六放大電路輸出的信號，作為電流源電路的控制信號。AVCC指的是偏置電源，AVSS指的是接地。

上述放大器結(jié)構中，通過第六放大電路形成電流源的負反饋回路，動態(tài)調(diào)整電流源的偏置電流Is，使Is跟隨控制電壓的變化。同時，第六放大電路形成的反饋環(huán)路保證第二放大電路的輸入端穩(wěn)定。通過上述結(jié)構，能夠使得放大器的輸出信號V_out與控制信號V_con具有良好的線性關系，且放大器具有較寬的線性增益范圍。

可選的，本發(fā)明實施例中，第一輸入對管101包括第三NMOSFET、第四NMOSFET，在圖4中被分別標記為N3、N4；

其中，第三NMOSFET的柵極為第一輸入對管的第一輸入端，第四NMOSFET的柵極為第一輸入對管的第二輸入端，第三NMOSFET的漏極為第一輸入對管的第一輸出端，第四NMOSFET的漏極為第一輸入對管的第二輸出端，第三NMOSFET、第四NMOSFET共源極。

可選的，本發(fā)明實施例中，第二輸入對管102包括第五NMOSFET、第六NMOSFET，在圖4中被分別標記為N5、N6；

其中，第五NMOSFET的柵極為第二輸入對管102的第一輸入端，第六NMOSFET的柵極為第二輸入對管的第二輸入端，第五NMOSFET的漏極為第而輸入對管的第一輸出端，第六NMOSFET的漏極為第二輸入對管的第二輸出端。

可選的，本發(fā)明實施例中，第二輸入對管102還包括：第七NMOSFET、第八NMOSFET，在圖4中被分別標記為N7、N8。其中，第七NMOSFET的與所述第五MOSFET共柵極、第八NMOSFET的與所述第六MOSFET共柵極。第七NMOSFET的源極與漏極接地，第八NMOSFET的源極與漏極接地，第七NMOSFET的基極接偏置電源，第八NMOSFET的基極接偏置電源。通過第七NMOSFET、第八NMOSFET增強電路的穩(wěn)定性。

可選的，本發(fā)明實施例中，第五NMOSFET的源極與第三NMOSFET的 漏極相連，第六NMOSFET的源極與第四NMOSFET的漏極相連。

可選的，本發(fā)明實施例中，第五放大電路為反饋放大電路，第五放大電路的第一輸入端與第五放大電路的第一輸出端間有反饋支路，第五放大電路的第二輸入端與第五放大電路的第二輸出端間有反饋支路。

可選的，本發(fā)明實施例中，繼續(xù)參照圖4，電流源電路103包括：第七放電電路OP7，以及PMOS，其中OP7的控制端接入控制電壓V_P，用于控制OP7的增益，而OP7為電流源電路103中的PMOS提供偏置電壓。電流源電路103的具體實現(xiàn)方式請參照現(xiàn)有技術，在此不再詳述。

第三方面，本發(fā)明實施例提供一種陀螺儀的驅(qū)動電路，參照圖5，該驅(qū)動電路包括：

振動傳感器201，用于接收驅(qū)動電壓，并根據(jù)驅(qū)動電壓產(chǎn)生驅(qū)動模態(tài)信號以及敏感模態(tài)信號；

第一放大器202，用于接收驅(qū)動模態(tài)信號，并對敏感模態(tài)信號進行放大，輸出第一放大信號；

解調(diào)器203，用于接收第一放大信號，并將第一放大信號解調(diào)為第二直流信號；

比較器204，用于接收第二直流信號，并將第二直流信號與設定值進行比較，輸出比較結(jié)果；

比例積分放大器205，用于接收比較器輸出的比較結(jié)果，并對比較結(jié)果進行放大，輸出第三放大信號；

移相器206，用于接收第一放大信號，并對第一放大信號進行移相，輸出第四移相信號；

可變增益放大器207，可變增益放大器具有第一方面或第二方面提供的電路，第三放大信號為放大器接收的控制信號，第四移相信號為放大器接收的輸入信號，放大器輸出的信號為驅(qū)動信號。

上述驅(qū)動電路結(jié)構中，可變增益放大器具有良好的線性度，以及較寬的動 態(tài)范圍，能夠保證陀螺儀的振動件保持穩(wěn)幅的驅(qū)動模態(tài)振動。

第五方面，本發(fā)明實施例提供一種陀螺儀，繼續(xù)參照圖5，陀螺儀包括：

第四方面提供的驅(qū)動電路；

檢測電路，包括：第二放大器208，用于接收敏感模態(tài)信號，并對敏感模態(tài)信號進行放大，輸出第五放大信號；

第二解調(diào)器209，用于接收第五放大信號以及第四移相信號，用于根據(jù)第四移相信號對第五放大信號進行解調(diào)，輸出第六直流信號，第六直流信號用于確定陀螺儀的角速度。

上述陀螺儀結(jié)構中，由于可變增益放大器具有良好的線性度，以及較寬的動態(tài)范圍，能夠保證陀螺儀的振動件保持穩(wěn)幅的驅(qū)動模態(tài)振動，使得陀螺儀具有較高的可靠性及精度。

第六方面，本發(fā)明實施例提供一種電子設備，包括：

殼體；

第五方面提供的陀螺儀，設置在殼體內(nèi)；

處理器，設置在殼體內(nèi)，用于根據(jù)第六直流信號確定電子設備的角速度。

本發(fā)明實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

本發(fā)明實施例中，通過第六放大電路形成電流源的負反饋回路，動態(tài)調(diào)整電流源的偏置電流Is，使Is跟隨控制電壓的變化。同時，第六放大電路形成的反饋環(huán)路保證第二放大電路的輸入端穩(wěn)定。通過上述結(jié)構，能夠使得放大器的輸出信號V_out與控制信號V_con具有良好的線性關系，且放大器具有較寬的線性增益范圍。

本領域內(nèi)的技術人員應明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、 CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。