信號(hào)處理電路的制作方法
【專利摘要】公開(kāi)了一種信號(hào)處理電路。所述信號(hào)處理電路包括：信號(hào)源，用于提供源信號(hào)；放大器，與所述信號(hào)源連接，對(duì)所述源信號(hào)進(jìn)行放大；調(diào)零電路，與所述放大器連接，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與所述放大器和所述調(diào)零電路連接，將所述補(bǔ)償后的信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)；以及數(shù)字信號(hào)處理器，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，其中，所述調(diào)零電路連接在所述放大器的輸出端并且在放大器的輸出端提供補(bǔ)償電流，從而抑制所述信號(hào)源的零點(diǎn)漂移和所述放大器的零點(diǎn)漂移。該信號(hào)處理電路利用與放大器的輸出端連接的調(diào)零電路抑制多個(gè)電路模塊的零點(diǎn)漂移。
【專利說(shuō)明】
信號(hào)處理電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)，更具體地，涉及信號(hào)處理電路。
【背景技術(shù)】
[0002]信號(hào)處理電路自身的性能對(duì)傳感器的檢測(cè)能力有著重要的影響。傳感器和/或信號(hào)處理電路的零點(diǎn)漂移可能導(dǎo)致傳感器的檢測(cè)靈敏度和精度降低。零點(diǎn)漂移是指在傳感器的輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)偏離固定值而漂移。零點(diǎn)漂移可能由多種原因造成，例如傳感器和/或集成電路的制造工藝、電路結(jié)構(gòu)本身的屬性、電源電壓波動(dòng)、溫度變化等。
[0003]現(xiàn)有的信號(hào)處理電路抑制零點(diǎn)漂移的措施包括采用經(jīng)過(guò)老化的元器件、改善電源穩(wěn)定性、以及利用調(diào)零電路減輕或消除零點(diǎn)漂移。調(diào)零電路的工作原理包括燒斷電阻方法、開(kāi)關(guān)電容方法、失調(diào)電壓帶電流方法、以及數(shù)字消除方法等。然而，現(xiàn)有的調(diào)零電路要么結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，要么精度達(dá)不到要求，而且只能消除惠斯通電橋上的零點(diǎn)漂移，不能消除放大器的零點(diǎn)漂移。
[0004]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的信號(hào)處理電路的示意性電路圖。該信號(hào)處理電路包括用于提供源信號(hào)的信號(hào)源110、用于對(duì)信號(hào)源進(jìn)行調(diào)零的調(diào)零電路120、用于對(duì)源信號(hào)進(jìn)行放大的放大器130、用于將補(bǔ)償后的信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)140、以及根據(jù)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生控制邏輯信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器150。
[0005]該調(diào)零電路120連接至信號(hào)源110的輸出端，從而只能針對(duì)信號(hào)源110的輸出信號(hào)，也即源信號(hào)抑制零點(diǎn)漂移。放大器130自身的零點(diǎn)漂移仍然會(huì)導(dǎo)致經(jīng)過(guò)放大的源信號(hào)產(chǎn)生誤差。
[0006]因此，期望進(jìn)一步改進(jìn)信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)，使得調(diào)零電路可以抑制電路的多個(gè)不同電路模塊的零點(diǎn)漂移。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種可以抑制多個(gè)電路模塊的零點(diǎn)漂移的信號(hào)處理電路及方法。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供一種信號(hào)處理電路，包括:信號(hào)源，用于提供源信號(hào);放大器，與所述信號(hào)源連接，對(duì)所述源信號(hào)進(jìn)行放大；調(diào)零電路，與所述放大器連接，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償;模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與所述放大器和所述調(diào)零電路連接，將所述補(bǔ)償后的信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)；以及數(shù)字信號(hào)處理器，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，其中，所述調(diào)零電路連接在所述放大器的輸出端并且在放大器的輸出端提供補(bǔ)償電流，從而抑制所述信號(hào)源的零點(diǎn)漂移和所述放大器的零點(diǎn)漂移。
[0009]優(yōu)選地，所述調(diào)零電路將所述補(bǔ)償電流施加至所述放大器輸出端的輸出阻抗，以抬高或拉低輸出端的電位。
[0010]優(yōu)選地，所述信號(hào)源包括傳感器，所述源信號(hào)是傳感器信號(hào)。
[0011]優(yōu)選地，所述信號(hào)源包括惠斯通電橋，所述傳感器位于所述惠斯通電橋的至少一個(gè)橋臂上。
[0012]優(yōu)選地，所述傳感器包括對(duì)溫度、壓力、載荷、應(yīng)變、加速度、位移中的至少一種物理量敏感的傳感器元件。
[0013]優(yōu)選地，所述放大器具有輸出端，從而在所述輸出端提供放大器的輸出信號(hào)。
[0014]優(yōu)選地，所述調(diào)零電路具有用于提供補(bǔ)償電流的輸出端，所述調(diào)零電路的輸出端與所述放大器的輸出端連接。
[0015]優(yōu)選地，在正極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路從所述放大器的輸出端汲取電流，在負(fù)極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路向所述放大器的輸出端注入電流。
[0016]優(yōu)選地，所述放大器具有第一輸出端和第二輸出端，所述第一輸出端為高電位端，所述第二輸出端為低電位端，從而在所述第一輸出端和所述第二輸出端之間提供放大器的輸出信號(hào)。
[0017]優(yōu)選地，所述調(diào)零電路具有分別用于提供第一補(bǔ)償電流的第一輸出端以及提供第二補(bǔ)償電流的第二輸出端，所述調(diào)零電路的第一輸出端與所述放大器的第一輸出端連接，所述調(diào)零電路的第二輸出端與所述放大器的第二輸出端連接。
[0018]優(yōu)選地，在正極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路從所述放大器的第一輸出端汲取電流，或者向所述放大器的第二輸出端注入電流，在負(fù)極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路向所述放大器的第一輸出端注入電流，或者從所述放大器的第二輸出端汲取電流。
[0019]優(yōu)選地，所述調(diào)零電壓包括:至少一個(gè)電流源；以及至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，分別與所述至少一個(gè)電流源中的一個(gè)電流源串聯(lián)連接，所述至少一個(gè)電流源經(jīng)由所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)提供所述補(bǔ)償電流。
[0020]優(yōu)選地，所述源信號(hào)信號(hào)處理電路還包括:控制器，所述控制器與所述調(diào)零電路連接，用于控制所述至少一個(gè)電流源的電流大小和所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。
[0021]優(yōu)選地，所述至少一個(gè)電流源包括第一至第四電流源，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)包括第一至第四開(kāi)關(guān)，所述第一至第四開(kāi)關(guān)分別與所述第一至第四電流源串聯(lián)連接，其中，所述第一電流源經(jīng)由所述第一開(kāi)關(guān)連接至所述放大器的第一輸出端，用于在所述第一開(kāi)關(guān)閉合時(shí)提供第一方向的電流，所述第二電流源經(jīng)由所述第二開(kāi)關(guān)連接至所述放大器的第二輸出端，用于在所述第二開(kāi)關(guān)閉合時(shí)提供第一方向的電流，所述第三電流源經(jīng)由所述第三開(kāi)關(guān)連接至所述放大器的第一輸出端，用于在所述第三開(kāi)關(guān)閉合時(shí)提供第二方向的電流，所述第四電流源經(jīng)由所述第四開(kāi)關(guān)連接至所述放大器的第二輸出端，用于在所述第四開(kāi)關(guān)閉合時(shí)提供第二方向的電流，所述第一方向的電流用于向所述調(diào)零電路的外部注入電流，所述第二方向的電流用于從所述調(diào)零電路的外部汲取電流。
[0022]優(yōu)選地，所述調(diào)零電路通過(guò)選擇不同的開(kāi)關(guān)來(lái)獲得不同方向的補(bǔ)償電流。
[0023]優(yōu)選地，所述調(diào)零電路通過(guò)調(diào)節(jié)電流源的電流大小來(lái)獲得不同大小的補(bǔ)償電壓。
[0024]優(yōu)選地，所述至少一個(gè)電流源分別包括:參考電流源；以及所述參考電流源的第一鏡像電流源和第二鏡向電流源，其中，所述第一鏡像電流源包括多個(gè)并聯(lián)的第一支路，每個(gè)第一支路包括彼此串聯(lián)連接第一子電流源和子第一開(kāi)關(guān)，所述第二鏡像電流源包括多個(gè)并聯(lián)的第二支路，每個(gè)第二支路包括彼此串聯(lián)連接第二子電流源和第二子開(kāi)關(guān)。
[0025]優(yōu)選地，所述至少一個(gè)電流源通過(guò)選擇不同的子開(kāi)關(guān)來(lái)獲得不同方向和/或大小的補(bǔ)償電流。
[0026]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種源信號(hào)處理方法，包括:從信號(hào)源獲得源信號(hào);采用放大器放大所述源信號(hào);在所述放大器的輸出端提供補(bǔ)償電流，從而抑制所述信號(hào)源的零點(diǎn)漂移和所述放大器的零點(diǎn)漂移；以及將所述補(bǔ)償后的信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。
[0027]優(yōu)選地，所述放大器在輸出端提供輸出信號(hào)，所述補(bǔ)償電流施加至所述放大器的輸出阻抗，以抬高或拉低放大器的輸出端的電位，從而至少部分抵消漂移電壓。
[0028]優(yōu)選地，在正極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路從所述放大器的輸出端汲取電流，在負(fù)極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路向所述放大器的輸出端注入電流。
[0029]優(yōu)選地，所述放大器在第一輸出端和第二輸出端之間提供差信號(hào)，其中所述第一輸出端是高電位端，所述第二輸出端是低電位端，所述補(bǔ)償電流施加至所述放大器的輸出阻抗，以抬高或拉低第一輸出端和第二輸出端至少之一的電位，從而至少部分抵消漂移電壓。
[0030]優(yōu)選地，在正極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路從所述放大器的第一輸出端汲取電流，或者向所述放大器的第二輸出端注入電流，在負(fù)極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路向所述放大器的第一輸出端注入電流，或者從所述放大器的第二輸出端汲取電流。
[0031]優(yōu)選地，通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇多個(gè)電流源中的相應(yīng)電流源，獲得不同方向的補(bǔ)償電流。
[0032]優(yōu)選地，通過(guò)調(diào)節(jié)電流源的電流大小來(lái)獲得不同大小的補(bǔ)償電壓。
[0033]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的信號(hào)處理電路，在放大器輸出端設(shè)置調(diào)零電路，以消除零點(diǎn)漂移。既可以消除信號(hào)源上的零點(diǎn)漂移，也可以消除放大器的零點(diǎn)漂移，而且簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)復(fù)雜度和精度要求。
[0034]在優(yōu)選的實(shí)施例中，調(diào)零電路利用放大器的輸出端的低阻抗特性和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端的高阻抗特性，對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，從而抑制信號(hào)處理電路的零點(diǎn)漂移。
【附圖說(shuō)明】
[0035]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他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中:
[0036]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的信號(hào)處理電路的示意性電路圖。
[0037]圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的信號(hào)處理電路的示意性電路圖。
[0038]圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的信號(hào)處理電路的示意性電路圖。
[0039]圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的信號(hào)處理電路實(shí)例的示意性電路圖。
[0040]圖5示出根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的信號(hào)處理電路實(shí)例的示意性電路圖。
[0041 ]圖6示出在調(diào)零電路使用的可控電流源的示意性電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用類似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見(jiàn)，附圖中的各個(gè)部分沒(méi)有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。
[0043]在下文中描述了本實(shí)用新型的許多特定的細(xì)節(jié)，例如器件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、處理工藝和技術(shù)，以便更清楚地理解本實(shí)用新型。但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
[0044]本實(shí)用新型可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。
[0045]圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的信號(hào)處理電路的示意性電路圖。該信號(hào)處理電路包括用于提供源信號(hào)的信號(hào)源110、用于對(duì)源信號(hào)進(jìn)行放大的放大器130、用于對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)零的調(diào)零電路220、用于為調(diào)零電路提供控制信號(hào)的控制電路230、用于將補(bǔ)償后的信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)140、以及根據(jù)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生控制邏輯信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)150。
[0046]如圖2所示，在信號(hào)源110、放大器130、模數(shù)轉(zhuǎn)換器140和調(diào)零電路220之間，信號(hào)以差分形式傳送。相應(yīng)地，信號(hào)源110具有提供源信號(hào)的兩個(gè)輸出端，放大器130具有從信號(hào)源110接收源信號(hào)的兩個(gè)輸入端和用于提供放大后的信號(hào)的兩個(gè)輸出端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器140具有從放大器130接收放大的信號(hào)的兩個(gè)輸入端，調(diào)零電路220具有用于向所述放大器130提供補(bǔ)償電流的兩個(gè)輸出端。
[0047]在信號(hào)處理電路中，信號(hào)源110例如是惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的傳感器電路。在惠斯通電橋中，至少一個(gè)橋臂可以包括傳感器元件，例如MEMS傳感器元件。傳感器元件例如是對(duì)溫度、壓力、載荷、應(yīng)變、加速度、位移中的至少一種物理量敏感的元件。
[0048]該調(diào)零電路220連接在放大器130的輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路140的輸入端之間，從而針對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償以抑制零點(diǎn)漂移。在該實(shí)施例中，在放大器130的輸出端設(shè)置調(diào)零電路，既可以消除信號(hào)源上的零點(diǎn)漂移，也可以消除放大器的零點(diǎn)漂移，而且簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)復(fù)雜度和精度要求。
[0049]圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的信號(hào)處理電路的示意性電路圖。根據(jù)第二實(shí)施例的信號(hào)處理電路中的源信號(hào)為單端信號(hào)，而非第一實(shí)施例中的差分信號(hào)。
[0050]如圖3所示，在信號(hào)源110、放大器130、模數(shù)轉(zhuǎn)換器140和調(diào)零電路220之間，信號(hào)以單端信號(hào)的形式傳送。相應(yīng)地，信號(hào)源110具有提供源信號(hào)的一個(gè)輸出端，放大器130具有從信號(hào)源110接收源信號(hào)的一個(gè)輸入端和用于提供放大后的信號(hào)的一個(gè)輸出端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器140具有從放大器130接收放大的信號(hào)的一個(gè)輸入端，調(diào)零電路220具有用于向所述放大器130提供補(bǔ)償電流的一個(gè)輸出端。
[0051]圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的信號(hào)處理電路實(shí)例的示意性電路圖，其中示出信號(hào)源110、放大器130、模數(shù)轉(zhuǎn)換器140和調(diào)零電路220，但未示出數(shù)字信號(hào)處理器150。
[0052]在該實(shí)例中，傳感器元件例如是敏感電阻。信號(hào)源110是四個(gè)敏感電阻Rl至R4組成的惠斯通電橋。敏感電阻Rl至R4響應(yīng)外部的物理量產(chǎn)生源信號(hào)。放大器130等效為對(duì)稱的第一支路和第二支路。第一支路包括串聯(lián)的可控電流源Ial和電阻Ral，第二支路包括串聯(lián)的可控電流源Ia2和電阻Ra2。源信號(hào)以差分輸入的方式，提供給可控電流源Ial和Ia2的控制端。根據(jù)源信號(hào)改變可控電流源Ial和Ia2的輸出電流的大小，從而在電阻Ral和Ra2上產(chǎn)生壓降。放大器130的第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ連接至可控電流源Ial和電阻Ral的中間節(jié)點(diǎn)，第二輸出端ΑΜΡ_0Ν連接至可控電流源Ia2和電阻Ra2的中間節(jié)點(diǎn)，從而在第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ和第二輸出端ΑΜΡ_0Ν之間提供放大器的輸出信號(hào)。如圖3所示，放大器130的電阻Ral和Ra2實(shí)際上分別是第一輸出端和第二輸出端的輸出阻抗。
[0053]模數(shù)轉(zhuǎn)換器140和調(diào)零電路220分別連接在放大器130的第一輸出端和第二輸出端之間。調(diào)零電路220具有用于提供第一補(bǔ)償電流Icp的第一輸出端和用于提供第二補(bǔ)償電流Icn的第二輸出端。調(diào)零電路220將補(bǔ)償電流施加至放大器130輸出端的輸出阻抗，以抬高或拉低輸出端的電位。
[0054]進(jìn)一步地，調(diào)零電路220包括第一至第四電流源Il至14和第一至第四開(kāi)關(guān)SI至S4。第一電流源Il和第二電流源12分別經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)SI和第二開(kāi)關(guān)S2提供第一方向的電流，第三電流源13和第四電流源14分別經(jīng)由第三開(kāi)關(guān)S3和第四開(kāi)關(guān)S4提供第二方向的電流。第一方向的電流是指調(diào)零電路22中的電流源向放大器130的第一輸出端和第二輸出端之一注入電流，第二方向的電流是指調(diào)零電路22中的電流源從放大器130的第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ和第二輸出端ΑΜΡ_0Ν之一汲取電流。
[0055]信號(hào)處理電路可以在校準(zhǔn)模式和正常模式下工作。
[0056]在校準(zhǔn)模式下，信號(hào)源110中的傳感器元件響應(yīng)的物理量為零。例如，在傳感器元件對(duì)壓力敏感的情形下，則在校準(zhǔn)模式下使得傳感器元件承受零壓力。如果信號(hào)源110和放大器130無(wú)零點(diǎn)漂移，則在放大器130的兩個(gè)輸出端之間的電壓為零。如果信號(hào)源110和放大器130中的任一個(gè)存在著零點(diǎn)漂移，則在放大器130的兩個(gè)輸出端之間存在著漂移電壓。相應(yīng)地，放大器130的第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ和第二輸出端ΑΜΡ_0Ν之間存在著漂移電壓。采用電壓表或比較器，測(cè)量漂移電壓的極性和大小。
[0057]然后，根據(jù)漂移電壓的極性，選擇開(kāi)關(guān)SI至S4中的一對(duì)開(kāi)關(guān)。
[0058]如果漂移電壓為正極性，即第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ電壓大于第二輸出端ΑΜΡ_0Ν端電壓時(shí)，則開(kāi)關(guān)S2和S3閉合，開(kāi)關(guān)SI和S4斷開(kāi)。結(jié)果，調(diào)零電路220的電流源13從第一輸出端AMP_OP汲取電流I cp，使得第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ電壓減小一個(gè)(I cp*R)的電壓，電流源12向第二輸出端ΑΜΡ_0Ν端注入電流I cn，使得第二輸出端ΑΜΡ_0Ν端電壓增加一個(gè)(I cn*R)的電壓。如上所述，R表示放大器130的輸出阻抗。通過(guò)調(diào)節(jié)Icp和Icn的大小，使第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ和第二輸出端ΑΜΡ_0Ν端電壓相等。
[0059]類似地，如果漂移電壓為正極性，即第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ電壓小于第二輸出端AMP_ON端時(shí)，則開(kāi)關(guān)SI和S4閉合，開(kāi)關(guān)S2和S3斷開(kāi)。結(jié)果，調(diào)零電路220的電流源Il向第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ注入電流I cp，使得第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ電壓增加一個(gè)(I cp*R)的電壓，電流源13從第二輸出端ΑΜΡ_0Ν端汲取電流I cn，使得第二輸出端ΑΜΡ_0Ν端電壓減小一個(gè)(I cn*R)的電壓。如上所述，R表示放大器的輸出阻抗。通過(guò)調(diào)節(jié)I cp和I cn的大小，使第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ和第二輸出端ΑΜΡ_0Ν端電壓相等。
[0060]根據(jù)漂移電壓的大小，可控電流源Is的輸出電流I可以在0-10的范圍之間調(diào)節(jié)，因此，可以通過(guò)改變輸出電流I的大小，也可以產(chǎn)生不同大小的補(bǔ)償電壓。電流源的電流的大小可以分別由寄存器來(lái)控制。
[0061]在正常模式下，在上述的校準(zhǔn)模式下預(yù)先選擇的開(kāi)關(guān)保持閉合，且電流源Is的輸出電流I保持恒定。信號(hào)源110中的傳感器元件響應(yīng)外部的物理量產(chǎn)生源信號(hào)。放大器130對(duì)源信號(hào)進(jìn)行放大，調(diào)零電路220在放大器130的兩個(gè)輸出端疊加補(bǔ)償電流。該補(bǔ)償電流不僅消除信號(hào)源110的零點(diǎn)漂移的影響，而且還消除放大器130的零點(diǎn)漂移的影響。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器140的兩個(gè)輸入端之間接收的電壓已經(jīng)消除了多個(gè)電路模塊的零點(diǎn)漂移的影響。
[0062]圖5示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的信號(hào)處理電路實(shí)例的示意性電路圖，其中示出信號(hào)源110、放大器130、模數(shù)轉(zhuǎn)換器140和調(diào)零電路220，但未示出數(shù)字信號(hào)處理器150。
[0063]在該實(shí)例中，傳感器元件例如是敏感電阻。信號(hào)源110是四個(gè)敏感電阻Rl至R4組成的惠斯通電橋。敏感電阻Rl至R4響應(yīng)外部的物理量產(chǎn)生源信號(hào)。放大器130等效為對(duì)稱的第一支路和第二支路。第一支路包括串聯(lián)的可控電流源Ial和電阻Ral，第二支路包括串聯(lián)的可控電流源Ia2和電阻Ra2。源信號(hào)以單端信號(hào)的方式，提供給可控電流源Ial的控制端。根據(jù)源信號(hào)改變可控電流源Ial的輸出電流的大小，從而在電阻Ral上產(chǎn)生壓降。放大器130的輸出端ΑΜΡ_0連接至可控電流源Ia I和電阻Ra I的中間節(jié)點(diǎn)，從而在輸出端ΑΜΡ_0提供放大器的輸出信號(hào)。如圖3所示，放大器130的電阻Ral實(shí)際上分別是輸出端的輸出阻抗。
[0064]模數(shù)轉(zhuǎn)換器140和調(diào)零電路220分別連接在放大器130的輸出端之間。調(diào)零電路220具有用于提供補(bǔ)償電流Ic的輸出端。調(diào)零電路220將補(bǔ)償電流施加至放大器130輸出端的輸出阻抗，以抬高或拉低輸出端的電位。
[0065]進(jìn)一步地，調(diào)零電路220包括第一電流源Il和第二電流源13、以及第一開(kāi)關(guān)SI和第三開(kāi)關(guān)S3。第一電流源Il經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)SI提供第一方向的電流，第三電流源13經(jīng)由第三開(kāi)關(guān)S3提供第二方向的電流。第一方向的電流是指調(diào)零電路2 20中的電流源向放大器130的輸出端之一注入電流，第二方向的電流是指調(diào)零電路220中的電流源從放大器130的第一輸出端ΑΜΡ_0Ρ和第二輸出端ΑΜΡ_0Ν之一汲取電流。
[0066]信號(hào)處理電路可以在校準(zhǔn)模式和正常模式下工作。
[0067]在校準(zhǔn)模式下，信號(hào)源110中的傳感器元件響應(yīng)的物理量為零。例如，在傳感器元件對(duì)壓力敏感的情形下，則在校準(zhǔn)模式下使得傳感器元件承受零壓力。如果信號(hào)源110和放大器130無(wú)零點(diǎn)漂移，則在放大器130的輸出端的電壓為零。如果信號(hào)源110和放大器130中的任一個(gè)存在著零點(diǎn)漂移，則在放大器130的輸出端之間存在著漂移電壓。相應(yīng)地，放大器130的輸出端ΑΜΡ_0存在著漂移電壓。采用電壓表或比較器，測(cè)量漂移電壓的極性和大小。
[0068]然后，根據(jù)漂移電壓的極性，選擇開(kāi)關(guān)SI和S3中的一個(gè)開(kāi)關(guān)。
[0069]如果漂移電壓為正極性，即輸出端ΑΜΡ_0電壓大于理想值時(shí)，則開(kāi)關(guān)S3閉合，開(kāi)關(guān)SI斷開(kāi)。結(jié)果，調(diào)零電路2 2 O的電流源13從輸出端ΑΜΡ_0汲取電流I c，使得輸出端ΑΜΡ_0電壓減小一個(gè)(Ic*R)的電壓。如上所述，R表示放大器130的輸出阻抗。通過(guò)調(diào)節(jié)Ic的大小，使輸出端ΑΜΡ_(^?|電壓等于理想值。
[0070]類似地，如果漂移電壓為正極性，即輸出端ΑΜΡ_0電壓小于理想值時(shí)，則開(kāi)關(guān)SI閉合，開(kāi)關(guān)S3斷開(kāi)。結(jié)果，調(diào)零電路220的電流源11向輸出端ΑΜΡ_0注入電流I c，使得輸出端ΑΜΡ_0電壓增加一個(gè)(Ic*R)的電壓。如上所述，R表示放大器的輸出阻抗。通過(guò)調(diào)節(jié)Ic的大小，使輸出端ΑΜΡ_0端電壓等于理想值。
[0071]根據(jù)漂移電壓的大小，可控電流源Is的輸出電流I可以在0-10的范圍之間調(diào)節(jié)，因此，可以通過(guò)改變輸出電流I的大小，也可以產(chǎn)生不同大小的補(bǔ)償電壓。電流源的電流的大小可以分別由寄存器來(lái)控制。
[0072]在正常模式下，在上述的校準(zhǔn)模式下預(yù)先選擇的開(kāi)關(guān)保持閉合，且電流源Is的輸出電流I保持恒定。信號(hào)源110中的傳感器元件響應(yīng)外部的物理量產(chǎn)生源信號(hào)。放大器130對(duì)源信號(hào)進(jìn)行放大，調(diào)零電路220在放大器130的輸出端疊加補(bǔ)償電流。該補(bǔ)償電流不僅消除信號(hào)源110的零點(diǎn)漂移的影響，而且還消除放大器130的零點(diǎn)漂移的影響。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器140的兩個(gè)輸入端之間接收的電壓已經(jīng)消除了多個(gè)電路模塊的零點(diǎn)漂移的影響。
[0073]圖6示出在調(diào)零電路使用的可控電流源的示意性電路圖。該可控制電流源包括參考電流源Iref及其鏡像電流源Isl和Is2。鏡像電流源Isl包括多個(gè)電流源IlO至Iln和多個(gè)開(kāi)關(guān)SlO至Sln，組成并聯(lián)連接的多個(gè)第一支路，每個(gè)第一支路包括彼此串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)和電流源，用于提供第一方向的補(bǔ)償電流。鏡像電流源Is2包括多個(gè)電流源120至I2n和多個(gè)開(kāi)關(guān)S20至S2n，組成并聯(lián)連接的多個(gè)第二支路，每個(gè)第二支路包括彼此串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)和電流源，用于提供第二方向的補(bǔ)償電流。第一方向的電流是用于向外部注入的電流，第二方向的電流是從外部汲取的電流。
[0074]在鏡像電流源Isl中，通過(guò)將多個(gè)開(kāi)關(guān)SlO至Sln的選定開(kāi)關(guān)閉合，其他開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，可以獲得所需大小的注入電流。在鏡像電流源Is2中，通過(guò)將多個(gè)開(kāi)關(guān)S20至S2n的選定開(kāi)關(guān)閉合，其他開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，可以獲得所需大小的汲取電流。
[0075]應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0076]依照本實(shí)用新型的實(shí)施例如上文所述，這些實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實(shí)用新型僅為所述的具體實(shí)施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本實(shí)用新型以及在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上的修改使用。本實(shí)用新型僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種信號(hào)處理電路，其特征在于，包括: 信號(hào)源，用于提供源信號(hào)； 放大器，與所述信號(hào)源連接，對(duì)所述源信號(hào)進(jìn)行放大； 調(diào)零電路，與所述放大器連接，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與所述放大器和所述調(diào)零電路連接，將所述補(bǔ)償后的信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)；以及 數(shù)字信號(hào)處理器，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理， 其中，所述調(diào)零電路連接在所述放大器的輸出端并且在放大器的輸出端提供補(bǔ)償電流，從而抑制所述信號(hào)源的零點(diǎn)漂移和所述放大器的零點(diǎn)漂移。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述調(diào)零電路將所述補(bǔ)償電流施加至所述放大器輸出端的輸出阻抗，以抬高或拉低輸出端的電位。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述信號(hào)源包括傳感器，所述源信號(hào)是傳感器信號(hào)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述信號(hào)源包括惠斯通電橋，所述傳感器位于所述惠斯通電橋的至少一個(gè)橋臂上。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述傳感器包括對(duì)溫度、壓力、載荷、應(yīng)變、加速度、位移中的至少一種物理量敏感的傳感器元件。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述放大器具有輸出端，從而在所述輸出端提供放大器的輸出信號(hào)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述調(diào)零電路具有用于提供補(bǔ)償電流的輸出端，所述調(diào)零電路的輸出端與所述放大器的輸出端連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，在正極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路從所述放大器的輸出端汲取電流， 在負(fù)極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路向所述放大器的輸出端注入電流。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述放大器具有第一輸出端和第二輸出端，所述第一輸出端為高電位端，所述第二輸出端為低電位端，從而在所述第一輸出端和所述第二輸出端之間提供放大器的輸出信號(hào)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述調(diào)零電路具有分別用于提供第一補(bǔ)償電流的第一輸出端以及提供第二補(bǔ)償電流的第二輸出端，所述調(diào)零電路的第一輸出端與所述放大器的第一輸出端連接，所述調(diào)零電路的第二輸出端與所述放大器的第二輸出端連接。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，在正極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路從所述放大器的第一輸出端汲取電流，或者向所述放大器的第二輸出端注入電流， 在負(fù)極性漂移電壓的情形下，所述調(diào)零電路向所述放大器的第一輸出端注入電流，或者從所述放大器的第二輸出端汲取電流。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述調(diào)零電壓包括: 至少一個(gè)電流源；以及 至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，分別與所述至少一個(gè)電流源中的一個(gè)電流源串聯(lián)連接， 所述至少一個(gè)電流源經(jīng)由所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)提供所述補(bǔ)償電流。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，還包括:控制器，所述控制器與所述調(diào)零電路連接，用于控制所述至少一個(gè)電流源的電流大小和所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述至少一個(gè)電流源包括第一至第四電流源，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)包括第一至第四開(kāi)關(guān)，所述第一至第四開(kāi)關(guān)分別與所述第一至第四電流源串聯(lián)連接， 其中，所述第一電流源經(jīng)由所述第一開(kāi)關(guān)連接至所述放大器的第一輸出端，用于在所述第一開(kāi)關(guān)閉合時(shí)提供第一方向的電流， 所述第二電流源經(jīng)由所述第二開(kāi)關(guān)連接至所述放大器的第二輸出端，用于在所述第二開(kāi)關(guān)閉合時(shí)提供第一方向的電流， 所述第三電流源經(jīng)由所述第三開(kāi)關(guān)連接至所述放大器的第一輸出端，用于在所述第三開(kāi)關(guān)閉合時(shí)提供第二方向的電流， 所述第四電流源經(jīng)由所述第四開(kāi)關(guān)連接至所述放大器的第二輸出端，用于在所述第四開(kāi)關(guān)閉合時(shí)提供第二方向的電流， 所述第一方向的電流用于向所述調(diào)零電路的外部注入電流，所述第二方向的電流用于從所述調(diào)零電路的外部汲取電流。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述調(diào)零電路通過(guò)選擇不同的開(kāi)關(guān)來(lái)獲得不同方向的補(bǔ)償電流。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述調(diào)零電路通過(guò)調(diào)節(jié)電流源的電流大小來(lái)獲得不同大小的補(bǔ)償電壓。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述至少一個(gè)電流源分別包括: 參考電流源；以及 所述參考電流源的第一鏡像電流源和第二鏡向電流源， 其中，所述第一鏡像電流源包括多個(gè)并聯(lián)的第一支路，每個(gè)第一支路包括彼此串聯(lián)連接第一子電流源和子第一開(kāi)關(guān)，所述第二鏡像電流源包括多個(gè)并聯(lián)的第二支路，每個(gè)第二支路包括彼此串聯(lián)連接第二子電流源和第二子開(kāi)關(guān)。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的信號(hào)處理電路，其特征在于，所述至少一個(gè)電流源通過(guò)選擇不同的子開(kāi)關(guān)來(lái)獲得不同方向和/或大小的補(bǔ)償電流。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK205450659SQ201521142129
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日
【發(fā)明人】葛康康, 周小爽, 胡鐵剛, 李石亮
【申請(qǐng)人】杭州士蘭微電子股份有限公司