帶通濾波電路及其控制方法、以及mems陀螺儀驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)，具體地，涉及帶通濾波電路及其控制方法、以及MEMS 陀螺儀驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectromechanical Systems，簡稱MEMS)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越 廣泛。在這些應(yīng)用中，MEMS陀螺儀是一種重要的角速度傳感器。
[0003] MEMS陀螺儀通常包括質(zhì)量塊以及沿著相互垂直的第一和第二方向分別設(shè)置在質(zhì) 量塊上的驅(qū)動(dòng)梳齒電極和驅(qū)動(dòng)檢測梳齒電極。驅(qū)動(dòng)梳齒電極沿著第一方向?qū)|(zhì)量塊施加靜 電力，使得質(zhì)量塊沿著第一方向諧振。在系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)存在著角速度時(shí)，由于科里奧效應(yīng)產(chǎn)生 第二方向的作用力，質(zhì)量塊將沿著第二方向振動(dòng)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)檢測梳齒電極的電容變化。通過 檢測電容變化值，就可以測量角速度的數(shù)值。
[0004] 在MEMS陀螺儀工作時(shí)，需要利用驅(qū)動(dòng)電路使MEMS陀螺儀處于諧振狀態(tài)。在驅(qū)動(dòng)環(huán) 路的電路中，需要在電荷放大器模塊之后設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波電路，用來濾除電荷放大器模 塊的直流偏移、低頻噪聲和高頻噪聲，簡化后續(xù)的相移電路以及低通濾波電路的設(shè)計(jì)難度。 帶通濾波電路提供所合適的增益以及0°或者180° (即)整數(shù)倍相位差以滿足諧振要 求。
[0005] 在現(xiàn)有的MEMS陀螺儀驅(qū)動(dòng)電路中，已經(jīng)采用包括開關(guān)電容的帶通濾波器。然而， 現(xiàn)有的帶通濾波器使用兩個(gè)或更多個(gè)運(yùn)放，導(dǎo)致電路面積大、功耗和成本高，不能滿足便攜 式產(chǎn)品的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種可以減小電路復(fù)雜度和面積的帶通濾波 器及其控制方法。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種帶通濾波電路，所述帶通濾波電路接收輸入信 號，并且提供濾除輸入信號中帶外噪聲的有效帶內(nèi)輸出信號，所述輸入信號是第一頻率的 周期信號按照第二頻率fs采樣獲得的信號，所述第一頻率是輸入信號的包絡(luò)信號的頻率 f，第一頻率小于第二頻率，所述帶通濾波電路包括：運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器具有同相 輸入端、反相輸入端和輸出端；第一電容和第二開關(guān)，串聯(lián)連接并且第一電容接收輸入信 號；第一開關(guān)，連接在第一電容和第二開關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)與共模電壓之間；第二電容，連接在 第二開關(guān)和運(yùn)算放大器的反相輸入端之間；第三電容和第三開關(guān)，并聯(lián)連接在運(yùn)算放大器 的反相輸入端與輸出端之間；第四電容和第四開關(guān)，串聯(lián)連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端 與輸出端之間；以及第五開關(guān)，連接在運(yùn)算放大器的輸出端與共模電壓之間，其中，在帶通 濾波電路的工作期間，第一至第五開關(guān)在多個(gè)時(shí)序時(shí)鐘信號的控制下閉合或斷開。
[0008] 優(yōu)選地，所述帶通濾波電路的工作周期、以及所述多個(gè)時(shí)序時(shí)鐘信號各自的周期 與所述輸入信號的采樣周期相等。
[0009] 優(yōu)選地，所述多個(gè)時(shí)序時(shí)鐘信號包括第一時(shí)序時(shí)鐘信號、第二時(shí)序時(shí)鐘信號和第 三時(shí)序時(shí)鐘信號。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一和第三開關(guān)受到第一時(shí)序時(shí)鐘信號的控制，第二和第四開關(guān)受 到第二時(shí)序時(shí)鐘信號的控制，第五開關(guān)受到第三時(shí)序時(shí)鐘信號的控制。
[0011] 優(yōu)選地，所述帶通濾波電路的工作周期分為連續(xù)的第一至第三時(shí)間段，在第一時(shí) 間段內(nèi)，第一和第三時(shí)序時(shí)鐘信號為低電平，第二時(shí)序時(shí)鐘信號為高電平，第二開關(guān)和第四 開關(guān)閉合，第一開關(guān)、第三開關(guān)和第五開關(guān)斷開，輸入信號對第一電容和第二電容充電，第 一電容和第二電容將變化的電荷轉(zhuǎn)移到輸出第三電容和第四電容上，由第一電容和第二電 容轉(zhuǎn)移的電荷存儲(chǔ)在第三電容和第四電容，第一電容和第二電容轉(zhuǎn)移的電荷量等于此時(shí)輸 出的總電荷與第四電容儲(chǔ)存的上次電荷之差，此時(shí)產(chǎn)生輸出信號，在第二時(shí)間段內(nèi)，第一和 第三時(shí)序時(shí)鐘信號變?yōu)楦唠娖剑诙r(shí)序時(shí)鐘信號變?yōu)榈碗娖?，第二開關(guān)和第四開關(guān)斷開， 第一開關(guān)、第三開關(guān)和第五開關(guān)閉合，第一電容復(fù)位到共模電壓，第二電容存儲(chǔ)上次采樣輸 入后的電荷量不變，第三電容短接，從而也被復(fù)位，第四電容儲(chǔ)存上次的輸出信號的電荷量 不變，輸出端復(fù)位到共模電壓，以及在第三時(shí)間段內(nèi)，第一時(shí)序時(shí)鐘信號保持高電平，第二 時(shí)序時(shí)鐘信號保持低電平，第三時(shí)序時(shí)鐘信號從高電平變?yōu)榈碗娖?，第一開關(guān)、第二開關(guān)、 第三開關(guān)、第四開關(guān)的狀態(tài)也保持不變，第五開關(guān)斷開，第一電容、第二電容、第三電容、第 四電容的狀態(tài)不變，輸出端與共模電壓之間斷開，但是輸出端仍然經(jīng)由第三開關(guān)短接至運(yùn) 算放大器的反相輸入端。
[0012] 優(yōu)選地，所述帶通濾波電路產(chǎn)生的相位差由第一頻率、第二頻率以及第一電容、第 二電容、第三電容和第四電容的電容值確定。
[0013] 優(yōu)選地，所述帶通濾波電路產(chǎn)生的相位差〇為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶通濾波電路，所述帶通濾波電路接收輸入信號，并且提供濾除輸入信號中帶 外噪聲的有效帶內(nèi)輸出信號，所述輸入信號是第一頻率的周期信號按照第二頻率fs采樣 獲得的信號，所述第一頻率是輸入信號的包絡(luò)信號的頻率f，第一頻率小于第二頻率，所述 帶通濾波電路包括： 運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端； 第一電容和第二開關(guān)，串聯(lián)連接并且第一電容接收輸入信號； 第一開關(guān)，連接在第一電容和第二開關(guān)的中間節(jié)點(diǎn)與共模電壓之間； 第二電容，連接在第二開關(guān)和運(yùn)算放大器的反相輸入端之間； 第三電容和第三開關(guān)，并聯(lián)連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間； 第四電容和第四開關(guān)，串聯(lián)連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間；以及 第五開關(guān)，連接在運(yùn)算放大器的輸出端與共模電壓之間， 其中，在帶通濾波電路的工作期間，第一至第五開關(guān)在多個(gè)時(shí)序時(shí)鐘信號的控制下閉 合或斷開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶通濾波電路，其中，所述帶通濾波電路的工作周期、以及所 述多個(gè)時(shí)序時(shí)鐘信號各自的周期與所述輸入信號的采樣周期相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶通濾波電路，其中，所述多個(gè)時(shí)序時(shí)鐘信號包括第一時(shí)序 時(shí)鐘信號、第二時(shí)序時(shí)鐘信號和第三時(shí)序時(shí)鐘信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶通濾波電路，其中，所述第一和第三開關(guān)受到第一時(shí)序時(shí) 鐘信號的控制，第二和第四開關(guān)受到第二時(shí)序時(shí)鐘信號的控制，第五開關(guān)受到第三時(shí)序時(shí) 鐘信號的控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶通濾波電路，其中，所述帶通濾波電路的工作周期分為連 續(xù)的第一至第三時(shí)間段， 在第一時(shí)間段內(nèi)，第一和第三時(shí)序時(shí)鐘信號為低電平，第二時(shí)序時(shí)鐘信號為高電平，第 二開關(guān)和第四開關(guān)閉合，第一開關(guān)、第三開關(guān)和第五開關(guān)斷開，輸入信號對第一電容和第二 電容充電，第一電容和第二電容將變化的電荷轉(zhuǎn)移到輸出第三電容和第四電容上，由第一 電容和第二電容轉(zhuǎn)移的電荷存儲(chǔ)在第三電容和第四電容，第一電容和第二電容轉(zhuǎn)移的電荷 量等于此時(shí)輸出的總電荷與第四電容儲(chǔ)存的上次電荷之差，此時(shí)產(chǎn)生輸出信號， 在第二時(shí)間段內(nèi)，第一和第三時(shí)序時(shí)鐘信號變?yōu)楦唠娖?，第二時(shí)序時(shí)鐘信號變?yōu)榈碗?平，