一種陀螺儀前置放大電路和電子裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)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(shù)】
[0002]陀螺儀又稱(chēng)為角速度傳感器，其測(cè)量的物理量是偏轉(zhuǎn)及傾斜時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。在手機(jī)上，僅使用加速度傳感器無(wú)法測(cè)量或重構(gòu)出完整的3D動(dòng)作，只是因?yàn)榧铀俣葌鞲衅髦荒軝z測(cè)軸向的線(xiàn)性動(dòng)作，測(cè)不到轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作。陀螺儀則可以對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)以及偏轉(zhuǎn)的動(dòng)作做很好的測(cè)量，這樣就可以精確分析判斷出使用者的實(shí)際動(dòng)作，進(jìn)而根據(jù)這些動(dòng)作對(duì)手機(jī)做相應(yīng)的操作。目前，陀螺儀在消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品上，最成功的應(yīng)用當(dāng)屬體感游戲手柄。游戲者只要手持該手柄，就可以通過(guò)自己的動(dòng)作控制顯示屏上的游戲視頻，進(jìn)行乒乓球、網(wǎng)球等運(yùn)動(dòng)類(lèi)游戲，或者轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，就可以玩駕車(chē)類(lèi)的視頻游戲。
[0003]在如圖1所示的陀螺儀的現(xiàn)有前置放大電路中，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS) 100產(chǎn)生的電荷信號(hào)分別輸入到由第一前置放大器1la和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器102a構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)回路以及由第二前置放大器1lb和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器102b構(gòu)成的檢測(cè)回路(通常為科里奧利檢測(cè)回路)，其中，第一前置放大器1la和第二前置放大器1lb將接收到的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器102a和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器102b將接收自上述前置放大器輸出的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)加以輸出。由于陀螺儀的微電子機(jī)械系統(tǒng)100產(chǎn)生的角速度信號(hào)比較微弱，即電荷信號(hào)為fC級(jí)別的，因而，通過(guò)上述前置放大器Q=OV轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)是微伏級(jí)別的。如果不對(duì)上述前置放大器的輸出信號(hào)(即電壓信號(hào))進(jìn)行任何處理就直接傳送至上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，則要求上述前置放大器具有很低的噪聲，進(jìn)而造成上述前置放大器的設(shè)計(jì)難度顯著增加。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，采用低噪聲放大器作為上述前置放大器，以滿(mǎn)足低噪聲的要求。低噪聲放大器的設(shè)計(jì)難度比較高，通常需要采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或者通過(guò)增大輸入器件的尺寸來(lái)減小某些噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響。所述復(fù)雜的結(jié)構(gòu)例如常規(guī)的雙采樣(CDS)自動(dòng)歸零電路結(jié)構(gòu)和斬波穩(wěn)定(CHS)自動(dòng)歸零電路結(jié)構(gòu):在如圖2A所示的雙采樣自動(dòng)歸零電路結(jié)構(gòu)中，包括一個(gè)差分放大器A，兩個(gè)電容，兩組開(kāi)關(guān)Φ1和Φ2 ;在如圖2B所示的斬波穩(wěn)定自動(dòng)歸零電路結(jié)構(gòu)中，包括一個(gè)全差分放大器A，分別設(shè)置在全差分放大器A的輸入端和輸出端的斬波電路20Ia和20Ib。前置放大器采用上述自動(dòng)歸零電路結(jié)構(gòu)可以減小閃爍噪聲的影響，但是需要提供系統(tǒng)時(shí)鐘，會(huì)增加數(shù)字電路干擾模擬電路的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了版圖的設(shè)計(jì)難度。而增大輸入器件的尺寸，面積會(huì)增大，寄生電容也會(huì)增加；對(duì)于陀螺儀而言，角速度信號(hào)對(duì)應(yīng)的電荷本身就比較微弱，通過(guò)上述前置放大器Q=C*V進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，寄生電容太大會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換成的電壓信號(hào)誤差比較大，而且版圖處理不好的話(huà)，會(huì)有數(shù)字大信號(hào)干擾模擬小信號(hào)的問(wèn)題。
[0005]因此，需要設(shè)計(jì)一種全新的陀螺儀前置放大電路，以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種陀螺儀前置放大電路，其特征在于，包括實(shí)現(xiàn)電荷信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換的第一電路和實(shí)現(xiàn)對(duì)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。
[0007]進(jìn)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。
[0008]進(jìn)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(gè)由第一 RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的反饋回路，所述第一 RC網(wǎng)絡(luò)在為所述全差分放大器的輸入端提供直流工作點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述電荷信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換的功能。
[0009]進(jìn)一步，所述兩個(gè)第一 RC網(wǎng)絡(luò)由并聯(lián)而成的電阻Rl和電容Cl以及并聯(lián)而成的電阻R2和電容C2分別構(gòu)成。
[0010]進(jìn)一步，所述第三電路由高通濾波器構(gòu)成。
[0011]進(jìn)一步，所述高通濾波器為一階模擬高通濾波器。
[0012]進(jìn)一步，所述高通濾波器包括差分放大器，所述差分放大器的輸入端和輸出端之間形成有兩個(gè)由第二 RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的反饋回路，所述差分放大器的第一輸入端和第二輸入端分別連接有第一串聯(lián)結(jié)構(gòu)和第二串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述第一串聯(lián)結(jié)構(gòu)由電阻R3和電容C3串聯(lián)而成，所述第二串聯(lián)結(jié)構(gòu)由電阻R4和電容C4串聯(lián)而成。
[0013]進(jìn)一步，所述兩個(gè)第二 RC網(wǎng)絡(luò)由并聯(lián)而成的電阻R5和補(bǔ)償電容C5以及并聯(lián)而成的電阻R6和補(bǔ)償電容C6分別構(gòu)成。
[0014]進(jìn)一步，通過(guò)設(shè)置連接于所述差分放大器的輸出端的電阻R5和R6與連接于所述差分放大器的輸入端的電阻R3和R4的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的所述高通濾波器的增益。
[0015]進(jìn)一步，根據(jù)所述陀螺儀的共振頻率來(lái)設(shè)置所述高通濾波器的截止頻率，以實(shí)現(xiàn)所述對(duì)低頻噪聲的有效濾除。
[0016]進(jìn)一步，所述第一電路和所述第三電路之間還連接有實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的第二電路，所述第二電路由信號(hào)運(yùn)算模塊構(gòu)成。
[0017]進(jìn)一步，所述運(yùn)算包括對(duì)所述電壓信號(hào)的放大、加減或平衡。
[0018]進(jìn)一步，所述低頻噪聲來(lái)自所述第一電路、所述第二電路或者周?chē)h(huán)境。
[0019]本發(fā)明還提供一種電子裝置，所述電子裝置包括如上所述的陀螺儀前置放大電路。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，使得陀螺儀的前置放大電路在沒(méi)有采用低噪聲前置放大器的情況下，仍然可以滿(mǎn)足系統(tǒng)噪聲的要求，極大地降低了陀螺儀前置放大電路的設(shè)計(jì)難度。
【附圖說(shuō)明】
[0021]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0022]附圖中:
[0023]圖1為現(xiàn)有的陀螺儀前置放大電路的示意性框圖；
[0024]圖2A為現(xiàn)有的雙采樣自動(dòng)歸零電路結(jié)構(gòu)的電路圖；
[0025]圖2B為現(xiàn)有的斬波穩(wěn)定自動(dòng)歸零電路結(jié)構(gòu)的電路圖；
[0026]圖3A為本發(fā)明提出的陀螺儀前置放大電路的示意性框圖；
[0027]圖3B為本發(fā)明提出的陀螺儀前置放大電路的電路圖；
[0028]圖3C為本發(fā)明提出的陀螺儀前置放大電路中的前置放大器的電路圖；
[0029]圖3D為本發(fā)明提出的陀螺儀前置放大電路中的高通濾波器的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0031]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的陀螺儀前置放大電路和電子裝置。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0032]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0033][示例性實(shí)施例]
[0034]為了解決現(xiàn)有的陀螺儀前置放大電路中采用的低噪聲前置放大器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，版圖設(shè)計(jì)難度大的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新型陀螺儀前置放大電路。
[0035]如圖3A所示，本發(fā)明提出的新型陀螺儀前置放大電路包括三級(jí)電路:第一級(jí)電路301實(shí)現(xiàn)電荷信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換；第二級(jí)電路302實(shí)現(xiàn)對(duì)第一級(jí)電路301輸出的電壓信號(hào)的運(yùn)算，例如信號(hào)的放大、信號(hào)的加減和信號(hào)的平衡等；第三級(jí)電路303為高通濾波器，對(duì)低頻噪聲(低于7KHz的噪聲)