CN102780459B - 应用于mems读出电路的伪随机调制解调斩波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于MEMS传感器读出电路的伪随机调制解调斩波电路，其包括调制器、解调器、伪随机频率发生电路以及带通滤波器和运算放大器和最后的低通滤波器。第一级调制器的输入与前端的MEMS传感器输出相连，第二级的运算放大器与调制器的输出相连，运算放大器的输出连接带通滤波器的输入，带通滤波器通过双端输出与解调器相连，解调器的输出和最后一级的低通滤波器相连，最后低通滤波器、双端输出，整体电路的频率控制由一个伪随机频率发生电路控制。其优点是：本发明具有降低MEMS传感器的噪声特点，能很好的降低电路本身引入的1/f噪声和失调。与典型的斩波放大电路相比具有能够处理残余噪声的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于MEMS读出电路的伪随机调制解调斩波电路，用于MEMS传感器模拟ASIC读出电路。
背景技术
随着MEMS传感器的研发和设计，现在许多应用都需要精度很高的MEMS传感器和后端的读出电路，例如IPHONE,WII等微加速度计和微陀螺仪的MEMS传感器。作为后端的MEMS读出电路也是很重要的一部分，一个高精度，信噪比高的读出电路能将信号最大的传递给后面的处理电路，实现更好的控制信号的传递，可以说是MEMS读出电路是非常重要的一部分。电路部分都会带来噪声和失调问题，一个具有处理噪声和失调的读出电路因此是读出电路的核心处理能力。
图1为现在普遍用的MEMS接口电路，可以看到，MEMS传感器经过电桥直接与放大器相接，这样不仅存在较大的低频噪声（即1/f噪声），而且还存在很大的失调，因此，随后不断有人提出相关双采样以及斩波稳定电路以及失调补偿电路。
专利号为200610114838.9的中国专利公开了一种斩波稳定放大电路，其能够减小传感器桥的偏移电压以及该偏移电压的温度特性。提供了偏移调整电压发生电路，用于产生和传感器桥的偏移电压相等的电压，并提供了偏移温度特性调整电压发生电路，用于产生与该偏移电压具有相同温度特性的电压。这些输出电压被斩波调制，并从该传感器桥的斩波调制输出信号中减去这些输出电压。但是仍然存在一个残余噪声的问题，即调制频率附近的噪声是不能降低的，甚至会影响信号的强度。
发明内容
本发明的发明目的是针对斩波放大存在残余噪声的问题，提出一种应用于MEMS读出电路的伪随机调制解调斩波电路，采用伪随机频率斩波放大电路技术对MEMS信号进行放大处理。
按照本发明提供的技术方案，所述应用于MEMS读出电路的伪随机调制解调斩波电路包括：全差分调制器、运算放大器、带通滤波器、全差分解调器、低通滤波器以及伪随机频率发生电路，前端的MEMS传感器信号通过电桥或是差分输出的形式连接到全差分调制器的输入，全差分调制器的输出连接运算放大器，运算放大器的输出连接带通滤波器的输入，带通滤波器通过双端输出与全差分解调器相连，全差分解调器的输出和低通滤波器相连，所述伪随机频率发生电路连接全差分调制器和全差分解调器；所述全差分调制器将信号调制成高频信号，所述高频信号经过运算放大器进行放大输出，所述带通滤波器滤除高频和低频的噪声影响，带通滤波器的输出通过全差分解调器解调后输出，低通滤波器滤除经过全差分调制器及全差分解调器变换后产生的高频信号；全差分调制器与全差分解调器同时受伪随机频率发生电路111产生的频率控制；所述伪随机频率发生电路控制斩波频率的变化范围，用于减弱调制频率附近的残余噪声。
进一步的，所述全差分调制器或全差分全差分解调器包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管与第二开关管的栅极端均采用伪随机时钟信号进行控制，第三开关管及第四开关管的栅极端均采用反相伪随机时钟信号进行控制，具体连接关系为：第一开关管的源极端通过第三开关管与第二开关管的漏极端相连，第四开关管的源极端与第一开关管的源极端相连，第四开关管的漏极端与第四开关管的漏极端相连；第一开关管的漏极端与第二开关管的源极端间设有第三开关管，第三开关管的源极端与第二开关管的源极端相连，第四开关管的漏极端与第一开关管的漏极端相连；第一开关管与第二开关管源极端间的电压形成调制器或解调器的输入电压Vin1，第一开关管与第二开关管漏极端间的电压形成调制器或解调器的输出电压Vout1；当第一开关管与第二开关管通过伪随机时钟Φ进行触发控制，第三开关管及第四开关管通过反相伪随机时钟进行控制后，能够通过斩波调制技术将低频信号调制到高频信号输出。
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管均为NMOS管或CMOS管。
所述伪随机频率发生电路的斩波频率具有一个复位端，控制频率的产生范围。
所述伪随机频率产生电路由两个输入作为时钟输入，分别为主斩波频率CLK与伪随机调制频率CLKD，伪随机调制频率CLKD与带有复位的扫频发生器相连，带有复位的扫频发生器输出与混频电路相连，同时混频电路另一输入端连接主斩波频率CLK，混频电路的输出即伪随机频率，以供给斩波调制器和全差分解调器，混频电路的输出经由逻辑电路连接带有复位的扫频发生器的复位端，混频电路输出的频率在主斩波频率CLK周围周期变化。
本发明的特点：针对斩波放大存在残余噪声的问题，提出通过一个带通滤波器和伪随机频率斩波这两个途径进行对非调制频率的信号处理，将低频或是高频的噪声通过带通滤波器滤除掉，将斩波频率附近的残余噪声通过伪随机频率实现降低，最后实现将信号的强度最大。同时，此放大电路还具有斩波放大电路的优点，即可以减小1/f噪声和失调。
附图说明
图1为常用的MEMS传感器接口电路示意图。
图2为本发明的电路结构框图。
图3为调制器与解调器的电路原理图。
图4为图3的MOS形式的电路原理图。
图5为伪随机频率发生电路的电路结构框图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，本发明包括以下电路模块：全差分调制器106、运算放大器107、带通滤波器108、全差分解调器109、低通滤波器110以及伪随机频率发生电路111，前端的MEMS传感器信号通过电桥或是差分输出的形式连接到全差分调制器106的输入，全差分调制器106的输出连接运算放大器107，运算放大器107的输出连接带通滤波器108的输入，带通滤波器108通过双端输出与全差分解调器109相连，全差分解调器109的输出和低通滤波器110相连，所述伪随机频率发生电路111连接全差分调制器106和全差分解调器109；所述全差分调制器106将信号调制成高频信号，所述高频信号经过运算放大器107进行放大输出，所述带通滤波器108滤除高频和低频的噪声影响，带通滤波器108的输出通过全差分解调器109解调后输出，低通滤波器110滤除经过全差分调制器106及全差分解调器108变换后产生的高频信号；全差分调制器106与全差分解调器109同时受伪随机频率发生电路111产生的频率控制；所述伪随机频率发生电路111控制斩波频率的变化范围，用于减弱调制频率附近的残余噪声。
为了降低现有MEMS传感器接口电路中放大器的失调电压及低频噪声，所述运算放大器107的输入端与全差分调制器106相连，所述全差分调制器106具有正相输入端119及负相输入端120，分别连接MEMS传感器的对应输出端。运算放大器107的输出端与带通滤波器108相连，带通滤波器108将会滤除高频和低频的噪声影响，带通滤波器108的输出端通过全差分解调器109解调后输出，通过低通滤波器110滤除经过全差分调制器106及全差分解调器108变换后产生的高频信号。全差分调制器106能够将信号调制成高频信号，所述高频信号经过运算放大器107进行放大输出，最后经过全差分解调器109解调与滤波器110滤波后输出，能够有效降低运算放大器107输出的失调电压和1/f噪声对输出电压的影响。同时，为了消除调制频率附近的残余噪声，本发明中特别引人了伪随机频率发生电路111，它能够减弱调制频率附近的残余噪声。
所述全差分调制器106与全差分解调器109结构相同，如图3所示，其结构包括：第一开关管112、第二开关管113、第三开关管114及第四开关管115；其中，第一开关管112、第二开关管113、第三开关管114及第四开关管115均采用N沟道MOS管或CMOS管（其中并行地连接了N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管）。第一开关管管112与第二开关管113的栅极端均采用伪随机时钟Φ进行控制，第三开关管114及第四开关管115的栅极端均采用反相伪随机时钟进行控制。具体连接关系如图3和图4所示：第一开关管112的源极端通过第三开关管114与第二开关管113的漏极端相连，第四开关管115的源极端与第一开关管112的源极端相连，第四开关管115的漏极端与第四开关管113的漏极端相连；第一开关管112的漏极端与第二开关管113的源极端间设有第三开关管114，第三开关管114的源极端与第二开关管113的源极端相连，第四开关管115的漏极端与第一开关管112的漏极端相连。第一开关管112与第二开关管113源极端间的电压形成调制器（解调器）的输入电压Vin1，第一开关管112与第二开关管113漏极端间的电压形成调制器（解调器）的输出电压Vout1。当第一开关管112与第二开关管113通过伪随机时钟Φ进行触发控制，第三开关管114及第四开关管115通过反相伪随机时钟进行控制后，能够通过斩波调制技术将低频信号调制到高频信号输出。
如图5所示，本发明的伪随机频率产生电路111，其内部由两个输入作为时钟输入，分别为主斩波频率CLK与伪随机调制频率CLKD，伪随机调制频率CLKD输入与带有复位的扫频发生器118相连，带有复位的扫频发生器118输出与混频电路116相连，同时混频电路另一输入端连接主斩波频率CLK，混频电路116的输出即伪随机频率，以供给斩波调制器106和全差分解调器109，另外，混频电路116的输出由逻辑电路117连接带有复位的扫频发生的复位端。本伪随机频率发生电路可以实现在CLK附近的频率周期变化，与调制器106和全差分解调器109配合实现对残余噪声的减小。
在使用时，MEMS传感器的输出信号通过全差分调制器106的正相输入端119及负相输入端120输入到全差分调制器106。全差分调制器106将低频的传感器信号调制到高频，然后此高频信号经过运算放大器107放大作用后再通过带通滤波器108进行对低频和超高频的信号减弱，最大限度的得到斩波频率的信号。带通滤波器108输出的信号通过全差分解调器109被还原到原低频频率，最后通过低频滤波器110将高频的噪声和失调滤除掉。伪随机频率发生电路111产生斩波频率附近的随机信号，实现对斩波频率附近的残余噪声滤除。整体电路工作在MEMS传感器读出电路中，安全可靠，性能稳定。
Claims (2)
1.应用于MEMS读出电路的伪随机调制解调斩波电路，其特征是：包括全差分调制器(106)、运算放大器(107)、带通滤波器(108)、全差分解调器(109)、低通滤波器(110)以及伪随机频率发生电路(111)，前端的MEMS传感器信号通过电桥或是差分输出的形式连接到全差分调制器(106)的输入，全差分调制器(106)的输出连接运算放大器(107)，运算放大器(107)的输出连接带通滤波器(108)的输入，带通滤波器(108)通过双端输出与全差分解调器(109)相连，全差分解调器(109)的输出和低通滤波器(110)相连，所述伪随机频率发生电路(111)连接全差分调制器(106)和全差分解调器(109)；所述全差分调制器(106)将信号调制成高频信号，所述高频信号经过运算放大器(107)进行放大输出，所述带通滤波器(108)滤除高频和低频的噪声影响，带通滤波器(108)的输出通过全差分解调器(109)解调后输出，低通滤波器(110)滤除经过全差分调制器(106)及全差分解调器(109)变换后产生的高频信号；全差分调制器(106)与全差分解调器(109)同时受伪随机频率发生电路111产生的频率控制；所述伪随机频率发生电路(111)控制斩波频率的变化范围，用于减弱调制频率附近的残余噪声；所述全差分调制器(106)或全差分全差分解调器(109)包括：第一开关管(112)、第二开关管(113)、第三开关管(114)和第四开关管(115)，第一开关管(112)与第二开关管(113)的栅极端均采用伪随机时钟信号Φ进行控制，第三开关管(114)及第四开关管(115)的栅极端均采用反相伪随机时钟信号进行控制，具体连接关系为：第一开关管(112)的源极端通过第三开关管(114)与第二开关管(113)的漏极端相连，第四开关管(115)的源极端与第一开关管(112)的源极端相连，第四开关管(115)的漏极端与第四开关管(113)的漏极端相连；第一开关管(112)的漏极端与第二开关管(113)的源极端间设有第三开关管(114)，第三开关管(114)的源极端与第二开关管(113)的源极端相连，第四开关管(115)的漏极端与第一开关管(112)的漏极端相连；第一开关管(112)与第二开关管(113)源极端间的电压形成调制器或解调器的输入电压Vin1，第一开关管(112)与第二开关管(113)漏极端间的电压形成调制器或解调器的输出电压Vout1；当第一开关管(112)与第二开关管(113)通过伪随机时钟Φ进行触发控制，第三开关管(114)及第四开关管(115)通过反相伪随机时钟进行控制后，能够通过斩波调制技术将低频信号调制到高频信号输出；所述伪随机频率发生电路(111)的斩波频率具有一个复位端，控制频率的产生范围；所述伪随机频率产生电路(111)由两个输入作为时钟输入，分别为主斩波频率CLK与伪随机调制频率CLKD，伪随机调制频率CLKD与带有复位的扫频发生器(118)相连，带有复位的扫频发生器(118)输出与混频电路(116)相连，同时混频电路另一输入端连接主斩波频率CLK，混频电路(116)的输出即伪随机频率，以供给斩波调制器(106)和全差分解调器(109)，混频电路(116)的输出经由逻辑电路(117)连接带有复位的扫频发生器(118)的复位端，混频电路(116)输出的频率在主斩波频率CLK周围周期变化。
2.根据权利要求1所述的应用于MEMS读出电路的伪随机调制解调斩波电路，其特征是，所述第一开关管(112)、第二开关管(113)、第三开关管(114)及第四开关管(115)均为NMOS管或CMOS管。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1929296A (zh) * | 2005-08-08 | 2007-03-14 | 精工电子有限公司 | 斩波放大器电路及半导体装置 |
| CN101263657A (zh) * | 2005-07-13 | 2008-09-10 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 具有降低的斩波残余噪声的过采样模数转换器和方法 |
| CN102323848A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-01-18 | 江苏物联网研究发展中心 | 利用斩波技术消除失调影响的带隙基准电路 |
| CN102495351A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-06-13 | 江苏物联网研究发展中心 | 基于斩波技术的传感器阵列读出电路 |
Family Cites Families (2)
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| KR100872418B1 (ko) * | 2005-08-01 | 2008-12-05 | 삼성전자주식회사 | 셀롤라 환경에서 인접한 두 주파수 대역을 동시에 수신하기위한 장치 및 방법 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101263657A (zh) * | 2005-07-13 | 2008-09-10 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 具有降低的斩波残余噪声的过采样模数转换器和方法 |
| CN1929296A (zh) * | 2005-08-08 | 2007-03-14 | 精工电子有限公司 | 斩波放大器电路及半导体装置 |
| CN102323848A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-01-18 | 江苏物联网研究发展中心 | 利用斩波技术消除失调影响的带隙基准电路 |
| CN102495351A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-06-13 | 江苏物联网研究发展中心 | 基于斩波技术的传感器阵列读出电路 |
Also Published As
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