CN211928462U - 用于感测共模反馈电流的设备和mems系统 - Google Patents

用于感测共模反馈电流的设备和mems系统 Download PDF

Info

Publication number
CN211928462U
CN211928462U CN202020361664.1U CN202020361664U CN211928462U CN 211928462 U CN211928462 U CN 211928462U CN 202020361664 U CN202020361664 U CN 202020361664U CN 211928462 U CN211928462 U CN 211928462U
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
mirror
coupled
terminal
common mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202020361664.1U
Other languages
English (en)
Inventor
M·扎姆普罗戈诺
S·泽扎
P·弗洛拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SRL
Original Assignee
STMicroelectronics SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SRL filed Critical STMicroelectronics SRL
Application granted granted Critical
Publication of CN211928462U publication Critical patent/CN211928462U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45479—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
    • H03F3/45484—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with bipolar transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45488—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with bipolar transistors as the active amplifying circuit by using feedback means
    • H03F3/45515—Measuring at the active amplifying circuit of the differential amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45475—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/44—Modifications of instruments for temperature compensation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45479—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
    • H03F3/45484—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with bipolar transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45488—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with bipolar transistors as the active amplifying circuit by using feedback means
    • H03F3/45493—Measuring at the loading circuit of the differential amplifier
    • H03F3/45506—Controlling the active amplifying circuit of the differential amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45479—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
    • H03F3/45484—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with bipolar transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45488—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with bipolar transistors as the active amplifying circuit by using feedback means
    • H03F3/45493—Measuring at the loading circuit of the differential amplifier
    • H03F3/45511—Controlling the loading circuit of the differential amplifier
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/261—Amplifier which being suitable for instrumentation applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

提供了一种用于感测共模反馈电流的设备和MEMS系统。共模反馈电流可以流过压阻电桥的共模电阻分压器。第一电流镜对共模反馈电流进行镜像并且提供第一镜像的共模电流。电流聚集级接收第一镜像的共模电流并且基于第一镜像的共模反馈电流确定压阻电桥的电桥电流。在确定电桥电流之前，可以使用第二电流镜来对第一电流镜进行镜像。

Description

用于感测共模反馈电流的设备和MEMS系统
技术领域
本申请涉及一种感测共模反馈电流的设备，特别是一种感测共模反馈电流并且使用共模反馈电流来确定压阻电桥的电桥电流的设备。
背景技术
压阻电桥(可以是惠斯通电桥)被用于微机电系统(MEMS)设备(诸如，微镜)。压阻电桥对温度敏感，并且流经压阻电桥的电流可能随温度变化而变化。由于它们对温度的敏感性，因此准确而精确地确定流经压阻电桥的电流以及因此确定压阻电桥的温度非常重要。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种用于感测共模反馈电流的设备和MEMS系统，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于感测共模反馈电流的设备，包括：共模电阻分压器；压阻电桥；第一电流镜，被耦合到所述共模电阻分压器，所述第一电流镜被配置为对流过所述共模电阻分压器的共模电流进行镜像，并且提供第一镜像的共模电流；以及电流聚集级，被配置为接收所述第一镜像的共模电流，并且基于所述第一镜像的共模反馈电流确定所述压阻电桥的电桥电流。
在一个实施例中，所述设备包括：驱动运算放大器，可操作用于偏置所述压阻电桥。
在一个实施例中，所述压阻电桥与所述共模电阻分压器并联耦合，并且其中所述电流聚集级被配置为：接收用于偏置所述压阻电桥的所述驱动运算放大器的输出电流的镜像；接收所述驱动运算放大器的反馈电流的指示；以及基于所述驱动运算放大器的所述输出电流和所述反馈电流，确定所述电桥电流。
在一个实施例中，所述电流聚集级被配置为将所述电桥电流确定为所述输出电流的所述镜像与所述第一镜像的共模反馈电流和所述驱动运算放大器的所述反馈电流之和之间的差。
在一个实施例中，所述共模电阻分压器包括：第一电阻，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦合到第一电压节点；第二电阻，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦合到第二电压节点；以及中心节点。
在一个实施例中，所述第一电流镜包括：第一反馈晶体管，具有均耦合到所述第一电阻的所述第二端子的第一导电端子和控制端子，以及耦合到所述中心节点的第二导电端子；第二反馈晶体管，具有耦合到所述中心节点的第一导电端子和控制端子，以及耦合到所述第二电阻的所述第二端子的第二导电端子；第一镜像晶体管，具有耦合到所述第一反馈晶体管的所述控制端子的控制端子，以及第一导电端子和第二导电端子；以及第二镜像晶体管，具有耦合到所述第二反馈晶体管的所述控制端子的控制端子，耦合到所述第一镜像晶体管的所述第一导电端子的第一导电端子，和第二导电端子。
在一个实施例中，所述设备包括：镜像反馈放大器，具有耦合到所述第一镜像晶体管和所述第二镜像晶体管的所述第一导电端子的第一输入，用于接收共模电压的第二输入，以及输出。
在一个实施例中，所述设备包括：第二电流镜，包括：第一电流源晶体管，具有均耦合到所述第一镜像晶体管的所述第二导电端子的第一导电端子和控制端子，以及耦合到电源电压节点的第二导电端子；以及第二电流源晶体管，具有耦合到所述第二镜像晶体管的所述第二导电端子的第一导电端子，耦合到参考电压节点的第二导电端子，以及耦合到所述镜像反馈放大器的所述输出的控制端子。
在一个实施例中，所述第二电流镜包括：第三镜像晶体管，具有耦合到所述第一电流源晶体管的所述控制端子的控制端子，耦合到所述电源电压节点的第一导电端子，以及耦合到所述电流聚集级的第二导电端子；第四镜像晶体管，具有耦合到所述第二电流源晶体管的所述控制端子的控制端子，耦合到所述参考电压节点的第一导电端子，以及耦合到所述电流聚集级的第二导电端子；以及电容，被耦合在所述镜像反馈放大器的所述输出与所述参考电压节点之间。
根据本公开的另一方面，提供了一种微机电系统(MEMS)系统，包括：第一电流镜，被耦合到压阻电桥的共模电阻分压器，所述第一电流镜被配置为对流过所述共模电阻分压器的共模电流进行镜像，并且提供第一镜像的共模电流；电流聚集级，被配置为接收所述第一镜像的共模电流，并且基于所述第一镜像的共模反馈电流确定所述压阻电桥的电桥电流；以及压阻电桥灵敏度补偿级，被配置为接收所述电桥电流并且基于所述电桥电流补偿MEMS设备的灵敏度。
在一个实施例中，所述MEMS系统包括：驱动运算放大器，可操作用于偏置所述压阻电桥。
在一个实施例中，所述电流聚集级被配置为：接收用于偏置所述压阻电桥的所述驱动运算放大器的输出电流的镜像；接收所述驱动运算放大器的反馈电流的指示；以及基于所述驱动运算放大器的所述输出电流和所述反馈电流，确定所述电桥电流。
在一个实施例中，所述电流聚集级被配置为将所述电桥电流确定为所述输出电流与所述第一镜像的共模反馈电流和所述驱动运算放大器的所述反馈电流之和之间的差。
在一个实施例中，所述共模电阻分压器包括：第一电阻，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦合到第一电压节点；第二电阻，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦合到第二电压节点；以及中心节点；以及所述第一电流镜包括：第一反馈晶体管，具有均耦合到所述第一电阻的所述第二端子的第一导电端子和控制端子，以及耦合到所述中心节点的第二导电端子；第二反馈晶体管，具有耦合到所述中心节点的第一导电端子和控制端子，以及耦合到所述第二电阻的所述第二端子的第二导电端子；第一镜像晶体管，具有耦合到所述第一反馈晶体管的所述控制端子的控制端子，以及第一导电端子和第二导电端子；以及第二镜像晶体管，具有耦合到所述第二反馈晶体管的所述控制端子的控制端子，耦合到所述第一镜像晶体管的所述第一导电端子的第一导电端子，和第二导电端子。
在一个实施例中，所述MEMS系统包括：第二电流镜，被耦合到所述第一电流镜，所述第二电流镜被配置为对所述第一镜像的共模电流进行镜像并且提供第二镜像的共模电流。
在一个实施例中，所述MEMS系统包括：镜像反馈放大器，具有耦合到所述第一镜像晶体管和所述第二镜像晶体管的所述第一导电端子的第一输入，用于接收共模电压的第二输入，以及输出。
电流-电压(I2V)转换器配置中的全差分运算放大器可以被用于偏置压阻电桥，压阻电桥与两个节点之间的共模电阻分压器并联耦合。在输出节点中的一个节点处的总电流是三个电流的总和；第一电流流过压阻电桥，第二电流流过共模电阻分压器，以及第三电流由全差分运算放大器的电流源提供。
在根据本公开的实施例中，流过压阻电桥的第一电流可以被用于确定压阻电桥的灵敏度。准确而精确地确定第一电流导致对压阻电桥的灵敏度的准确而精确的确定。
本文描述的是用于确定流过压阻电桥的第一电流的电桥电流确定级。电桥电流确定级初始地确定流过共模电阻分压器的第二电流。然后，电桥电流确定级接收由全差分运算放大器的电流源提供的第三电流的指示。电桥电流确定级将流过压阻电桥的第一电流确定为总电流与第二电流和第三电流之和之间的差。
附图说明
图1示出了MEMS系统的示意性电路图。
图2示出了包括电桥电流确定级的进一步的细节的MEMS系统的示意性电路。
具体实施方式
图1示出了MEMS系统100的示意性电路图。MEMS系统100包括压阻电桥驱动级102、压阻电桥103、电桥电流确定级104、共模电阻分压器105以及压阻电桥灵敏度补偿级106。电桥电流确定级104被耦合到驱动级102。电桥电流确定级104确定流过压阻电桥103的电流(Ibridge)。电桥电流确定级104将流过压阻电桥103的电流(Ibridge)输出到压阻电桥灵敏度补偿级106。灵敏度补偿级106补偿压阻电桥103的温度灵敏度。压阻电桥103可以是惠斯通电桥。
图1的示意图示意性地示出了驱动级102。驱动级102包括：全差分驱动运算放大器108，第一和第二电流源110、112，第一和第二电阻器114、116以及反馈放大器118。共模电阻分压器105具有第一和第二反馈电阻120、122，第一和第二反馈电阻之间具有抽头节点121。共模电阻分压器105可以是运算放大器108的一部分，并且可以是运算放大器108的子结构。运算放大器108的全差分结构、第一和第二反馈电阻120、122以及反馈放大器118可以固定运算放大器108的输出共模。
第一电流源110具有耦合到电源电压节点124的第一端子和耦合到驱动运算放大器108的同相输入的第二端子。电源电压节点124可以向系统100提供电源电压(Vs)。第二电流源112具有耦合到参考电压节点126的第一端子和耦合到驱动运算放大器108的反相输入的第二端子。参考电压节点126可以向系统100提供参考电压或接地电压。
第一电阻114具有耦合到运算放大器108的同相输入的第一端子和耦合到驱动级102的第一输出节点115的第二端子，在第二端子处提供第一输出电压(Voutp)。运算放大器108具有耦合到第一输出节点115的反向输出端子。第二电阻116具有耦合到运算放大器108的反向输入的第一端子和耦合到驱动级102的第二输出节点117的第二端子，在第二端子处提供第二输出电压(Voutn)。运算放大器108的同相输出端子被耦合到第二输出节点117。
共模电阻分压器105的第一反馈电阻120具有耦合到第一输出节点115的第一端子和耦合到抽头节点121的第二端子。第二反馈电阻122具有耦合到第二输出节点117的第一端子和耦合到抽头节点121的第二端子。反馈放大器118具有用于接收共模电压(Vcm)的第二输入。反馈放大器118具有耦合到驱动运算放大器108的控制输入的输出。
压阻电桥103被耦合在第一和第二输出节点115、117之间。特别地，压阻电桥103包括第一、第二、第三和第四电阻128、130、132、134，其中第一和第二电阻128、130被串联耦合在第一与第二输出节点115、117之间，并且第三和第四电阻132、134被串联耦合在第一与第二输出节点115、117之间。电阻128、130、132、134可以具有相等的电阻值，并且因此，压阻电桥电流(Ibridge)可以流过压阻电桥103的每个分支。
系统100可以被用于微机电系统(MEMS)微镜中。可以基于压阻电桥103的输出来确定微镜的位置。例如，模拟前端(未示出)可以读取第一和第二电阻128、130以及第三和第四电阻132、134的公共网络。模拟前端可以被耦合到公共网络。微镜运动引起电阻128、130、132、134的值之间的不匹配(或变化)，从而导致两个公共网络之间的有效电压。取决于压阻电桥103在微镜上的放置，失配导致在压阻电桥103的两个输出端子之间产生有效信号。微镜的灵敏度可以是镜的物理运动与电阻变化之间的“增益”。灵敏度(或灵敏度参数)可以被认为是压阻电桥103对于微镜的给定运动不匹配的倾向或能力。因此，灵敏度(或其参数)可以是将微镜运动与所生成的电信号链接的系数。该灵敏度依赖于温度。跟踪温度(或其变化)允许补偿灵敏度。
如本文所述，读取通过压阻电桥的电流(Ibridge)允许确定温度并且外推灵敏度的更新值。假定电阻(和测得的电流)与温度以及灵敏度与温度之间的关系都是已知的并且已经被正确地校准。
压阻电桥103具有与温度有关的变化的灵敏度。为了确定电桥103的灵敏度，电桥电流(Ibridge)被确定并且首先将其用于确定温度。期望准确地估计电桥电流(Ibridge)，以便补偿电桥103的灵敏度中的变化，并因此精确地确定微镜的位置(运动)。
如本文所述，电桥电流确定级104确定电桥电流(Ibridge)。电桥电流确定级104将电桥电流(Ibridge)输出到压阻电桥灵敏度补偿级106。压阻电桥灵敏度补偿级106使用电桥电流(Ibridge)来标识压阻电桥103的温度，并且因此使用压阻电桥103标识微镜或其它设备的灵敏度。压阻电桥灵敏度补偿级106可以是尤其用于MEMS设备(诸如，微镜)的控制器或处理器。
具有用于电流-电压(I2V)配置的压阻电桥103的全差分运算放大器108和偏置电路是有利的。这样，运算放大器108的输出是由第一和第二电流源110、112提供的已知电流以及流过电阻114、116的电阻性电流(IR)的函数。可以从这种已知量确定输出。
图2示出了包括电桥电流确定级104的进一步的细节的MEMS系统100的电路图。在本文中参考图1描述的驱动级102和压阻电桥103的类似元件具有相同的附图标记。
电桥电流确定级104包括：在共模电阻分压器105中处于跨二极管配置的第一和第二总电流晶体管136、138，第一和第二总电流镜像晶体管140、142，第一和第二反馈晶体管144、146；第一、第二、第三和第四镜像晶体管148、150、156、158；第一和第二参考晶体管152、154；镜像反馈放大器160和电容162。电桥电流确定级104还包括电流聚集级164。电流聚集级164可以是电流加法器和/或减法器。其中电流聚集级164可以进一步是控制器或处理器。尽管在图2中外推了第一和第二总电流晶体管136、138，但是在各种实现中，第一和第二总电流晶体管136、138可以是运算放大器108的输出设备。第一和第二参考晶体管152、154在跨二极管拓扑结构中被配置为第三和第四镜像晶体管156、158的参考。
第一总电流晶体管136具有耦合到电源电压节点124的源极、耦合到第一输出节点115的漏极以及根据运算放大器108的特定架构连接到运算放大器108的内部网络的栅极。第二总电流晶体管138具有耦合到参考电压节点126的源极、耦合到第二输出节点117的漏极以及连接到运算放大器108的内部网络的栅极。第一和第二总电流镜像晶体管140、142分别与第一和第二总电流晶体管136、138处于电流镜配置。第一总电流镜像晶体管140具有耦合到电源电压节点124的源极、耦合到第一总电流晶体管136的栅极的栅极和耦合到电流聚集级164的第一输入的漏极。第二总电流镜像晶体管138具有耦合到参考电压节点126的源极、耦合到第二总电流晶体管138的栅极的栅极和耦合到电流聚集级164的第二输入的漏极。
第一反馈晶体管144与第一反馈电阻120串联地耦合并且处于跨二极管配置，由此第一反馈晶体管144具有均耦合至第一反馈电阻120的第二端子的漏极和栅极以及耦合到抽头节点121的源极。第二反馈晶体管146与第二反馈电阻122串联地耦合并且处于跨二极管配置，由此第二反馈晶体管146具有均耦合至抽头节点121的漏极和栅极以及耦合到第二反馈电阻122的第二端子的源极。
第一和第二镜像晶体管148、150分别与第一和第二反馈晶体管144、146处于电流镜配置，由此第一镜像晶体管148具有耦合到第一反馈晶体管144的栅极的栅极，并且第二镜像晶体管150具有耦合到第二反馈晶体管146的栅极的栅极。第二镜像晶体管150的漏极被耦合到镜像反馈放大器160的同相输入。第一镜像晶体管148的漏极被耦合到本文所描述的第一参考晶体管152的控制端子(及其漏极)。第一镜像晶体管148的源极被耦合到镜像反馈放大器160的同相输入，并且第二镜像晶体管150的源极被耦合到本文所述的第二参考晶体管154的漏极。
第一参考晶体管152具有耦合到电源电压节点124的源极，并且栅极和漏极彼此耦合并且一起耦合到第一镜像晶体管148的漏极。第二参考晶体管154具有耦合到参考电压节点126的源极以及耦合到第二镜像晶体管150的源极的漏极。
第三和第四镜像晶体管156、158分别与第一和第二参考晶体管152、154处于电流镜配置。第三镜像晶体管156具有耦合到电源电压节点124的源极、耦合到第一参考晶体管152的栅极的栅极和耦合到电流聚集级164的第三输入的漏极。第四镜像晶体管158具有耦合到参考电压节点126的源极、耦合到第二参考晶体管154的栅极的栅极和耦合到电流聚集级164的第四输入的漏极。
镜像反馈放大器160的输出被耦合到第二参考晶体管154和第四镜像晶体管158的栅极。电容162被耦合在第二参考晶体管154和第四镜像晶体管158的栅极与参考电压节点126之间。附加地，电流聚集级164具有分别耦合到第一和第二电流源110、112的复制品的第五和第六输入。电流聚集级164从第一和第二电流源110、112接收由第一和第二电流源110、112提供的电流的指示(或副本)。
压阻电桥电流(Ibridge)可以被表示为流过第一总电流晶体管136的总电流(Iptot)与(i)流过由第一和第二反馈电阻120、122构成的共模电阻分压器105的共模反馈电流(Icm)和(ii)流过第一电阻114的电阻电流(IR)之和之间的差。通过第一总电流晶体管136的总电流(Iptot)被分配到电阻分压器(作为共模反馈电流(Icm))，电桥103(作为压阻电桥电流(Ibridge))和流过第一电阻114的电阻电流(IR)。
压阻电桥电流(Ibridge)可以被确定为总电流(Iptot)与共模反馈电流(Icm)和电阻电流(IR)之和之间的差。压阻电桥电流(Ibridge)可以被确定为：
Ibridge＝Iptot–Icm-IR 等式(1)
电阻电流(IR)完全由第一电流源110提供，并且可以基于数据或来自第一电流源110的信息来确定。
总电流(Iptot)完全流过第一输出节点115。由于第一总电流镜像晶体管140的放置与第一总电流晶体管136处于电流镜配置，因此总电流(Iptot)被复制到第一总电流镜像晶体管140并且可以在第一总电流镜像晶体管140的漏极处被获得(或确定)。
为了确定流过共模电阻分压器105的共模反馈电流(Icm)，将第一和第二反馈晶体管144、146的导电端子插入到共模反馈电流(Icm)的路径中。第一和第二镜像晶体管148、150分别与第一和第二反馈晶体管144、146处于电流镜配置。
第一和第二参考晶体管152、154分别向第一和第二镜像晶体管148、150提供电流或从其汲取电流。镜像反馈放大器160可以是反馈放大器的复制品，或者可以是不同的放大器。由于该反馈，镜像反馈放大器160允许将第一与第二镜像晶体管148、150之间的中间节点设置为Vcm。镜像反馈放大器160与反馈放大器118之间的匹配可以(以第二顺序)在抽头节点121与第一和第二镜像晶体管148、150之间的公共网络之间的Vcm处提供更好的(例如，更相等的)偏置。
作为在第一与第二反馈晶体管144、146之间的中间节点的抽头节点121在运算放大器108的共模反馈中也被设置为Vcm。由于寻求第一和第二镜像晶体管148、150分别镜像第一和第二反馈晶体管144、146，并且由于它们具有相同的栅极电压，因此重要的是它们还具有相同的电源电压。这是通过镜像反馈放大器160管理的反馈来执行的。
此外，第一和第二反馈晶体管144、146以及第一和第二镜像晶体管148、150具有体-源连接，以避免将影响镜像因子的体效应。附加地，晶体管144、146、148、150可以是进一步的共源共栅以便改善匹配，并且可以有利地是相同或成比例的尺寸。
流过第一参考晶体管152的电流(表示为“Icm_mirr”)本身是共模反馈电流(Icm)的镜像，被第三镜像晶体管156复制。第三镜像晶体管156与第一参考晶体管152处于电流镜配置，并且因此流过第一参考晶体管152的电流(Icm_mirr)再次被第三镜像晶体管156镜像为电流Icmp_mirr。第三镜像晶体管156将共模反馈电流(Icm)的镜像电流(Icmp_mirr)提供给电流聚集级164。
电流聚集级164从第三镜像晶体管156接收共模反馈电流(Icm)的镜像电流(Icmp_mirr)，并且从第一总电流镜像晶体管140接收总电流(Iptot)的镜像电流(Iptot_mirr)。电流聚集级164还从第一电流源110接收电阻电流(IR)的指示。电流聚集级164可以基于所接收的指示来生成电阻电流(IR)。电流聚集级164从总电流(Iptot)的镜像电流(Iptot_mirr)中减去共模反馈电流(Icm)的镜像电流(Icmp_mirr)和所生成的电阻电流(IR)，以产生压阻电桥电流(Ibridge)的镜像复制品。电流聚集级164根据等式(1)并且基于测量的电流来确定压阻电桥电流(Ibridge)。
由于驱动级102和电流确定级104两者的对称性，电流聚集级164还可以从驱动级102和电流确定级104的“负”侧接收电流。电流确定级104接收流过第二总电流晶体管138的总电流(Intot)的镜像电流(Intot_mirr)，流过第二反馈晶体管146的共模反馈电流(Icm)的镜像电流(Icmn_mirr)和流过第二电阻116的电阻电流(IR)的指示。以与本文所述类似地方式，电流聚集级164将压阻电桥电流(Ibridge)确定为：
Ibridge＝Intot_mirr–Icmn_mirr-IR 等式(2)
电流聚集级164可以输出压阻电桥电流(Ibridge)。压阻电桥电流(Ibridge)可以被用于确定压阻电桥103或与电桥103相关联的设备(诸如MEMS设备)的灵敏度。如本文所述，压阻电桥电流(Ibridge)指示电桥103的温度。压阻电桥电流(Ibridge)可以被用于确定电桥103的温度。然后，电桥103的温度可以被用于确定电桥103的灵敏度，电桥103的灵敏度根据温度而变化。然后，电桥103的温度可以被用于补偿电桥103的灵敏度。电流确定级104精确地确定共模反馈电流(Icm)，因此，导致对压阻电桥电流(Ibridge)的精确确定。
在一个实施例中，可以通过将总电流(Iptot和Intot)的镜像电流(Iptot_mirr和Intot_mirr)的电流缩放一因子(例如，k)来使功耗最小化。镜像电流(Iptot_mirr和Intot_mirr)可以乘以该因子，以补偿缩放镜像电流。在镜像电流(Iptot_mirr和Intot_mirr)按因子k缩放的情况下，则压阻电桥电流(Ibridge)可以被确定为：
Ibridge＝k*(Iptot_mirr–Icmn_mirr-IR) 等式(3)
灵敏度补偿级106可以执行本文所述的温度灵敏度补偿。压阻电桥103的电阻与温度之间的关系可以表示为：
R(T)＝T(T0)(1+A(T-T0)+B(T-T0)2) 等式(4)
其中T表示温度，T0是参考温度(例如，27℃)，A和B是依赖于技术的热系数。
继而，电桥电流可以表示为：
I(T)＝V/R(T) 等式(5)
其中V是施加到电桥的偏置电压。
假设A和B是已知的(例如，在校准之后)，则I(T)的测量允许确定温度T。电桥本身的灵敏度可以通过下式定义：
S(T)＝R(T0)(1+C(T-T0)+D(T-T0)2) 等式(6)
其中C和D是依赖于技术的热系数。
当C和D已知时，可以在确定温度T之后确定灵敏度。进一步，可以从电桥的输出确定微镜的运动(或位置)。在给定瞬间的微镜的角度(θ)可以被表示为：
Vout＝VSθ 等式(7)
可以将上述各种实施例组合以提供其它实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其它改变。通常，在以下权利要求书中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制为说明书和权利要求书中公开的特定实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受公开内容的限制。

Claims (16)

1.一种用于感测共模反馈电流的设备，其特征在于，包括：
共模电阻分压器；
压阻电桥；
第一电流镜，被耦合到所述共模电阻分压器，所述第一电流镜被配置为对流过所述共模电阻分压器的共模电流进行镜像，并且提供第一镜像的共模电流；以及
电流聚集级，被配置为接收所述第一镜像的共模电流，并且基于所述第一镜像的共模反馈电流确定所述压阻电桥的电桥电流。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括：
驱动运算放大器，可操作用于偏置所述压阻电桥。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压阻电桥与所述共模电阻分压器并联耦合，并且其中所述电流聚集级被配置为：
接收用于偏置所述压阻电桥的所述驱动运算放大器的输出电流的镜像；
接收所述驱动运算放大器的反馈电流的指示；以及
基于所述驱动运算放大器的所述输出电流和所述反馈电流，确定所述电桥电流。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述电流聚集级被配置为将所述电桥电流确定为所述输出电流的所述镜像与所述第一镜像的共模反馈电流和所述驱动运算放大器的所述反馈电流之和之间的差。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述共模电阻分压器包括：
第一电阻，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦合到第一电压节点；
第二电阻，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦合到第二电压节点；以及
中心节点。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第一电流镜包括：
第一反馈晶体管，具有均耦合到所述第一电阻的所述第二端子的第一导电端子和控制端子，以及耦合到所述中心节点的第二导电端子；
第二反馈晶体管，具有耦合到所述中心节点的第一导电端子和控制端子，以及耦合到所述第二电阻的所述第二端子的第二导电端子；
第一镜像晶体管，具有耦合到所述第一反馈晶体管的所述控制端子的控制端子，以及第一导电端子和第二导电端子；以及
第二镜像晶体管，具有耦合到所述第二反馈晶体管的所述控制端子的控制端子，耦合到所述第一镜像晶体管的所述第一导电端子的第一导电端子，和第二导电端子。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，包括：
镜像反馈放大器，具有耦合到所述第一镜像晶体管和所述第二镜像晶体管的所述第一导电端子的第一输入，用于接收共模电压的第二输入，以及输出。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，包括：
第二电流镜，包括：
第一电流源晶体管，具有均耦合到所述第一镜像晶体管的所述第二导电端子的第一导电端子和控制端子，以及耦合到电源电压节点的第二导电端子；以及
第二电流源晶体管，具有耦合到所述第二镜像晶体管的所述第二导电端子的第一导电端子，耦合到参考电压节点的第二导电端子，以及耦合到所述镜像反馈放大器的所述输出的控制端子。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第二电流镜包括：
第三镜像晶体管，具有耦合到所述第一电流源晶体管的所述控制端子的控制端子，耦合到所述电源电压节点的第一导电端子，以及耦合到所述电流聚集级的第二导电端子；
第四镜像晶体管，具有耦合到所述第二电流源晶体管的所述控制端子的控制端子，耦合到所述参考电压节点的第一导电端子，以及耦合到所述电流聚集级的第二导电端子；以及
电容，被耦合在所述镜像反馈放大器的所述输出与所述参考电压节点之间。
10.一种MEMS系统，其特征在于，包括：
第一电流镜，被耦合到压阻电桥的共模电阻分压器，所述第一电流镜被配置为对流过所述共模电阻分压器的共模电流进行镜像，并且提供第一镜像的共模电流；
电流聚集级，被配置为接收所述第一镜像的共模电流，并且基于所述第一镜像的共模反馈电流确定所述压阻电桥的电桥电流；以及
压阻电桥灵敏度补偿级，被配置为接收所述电桥电流并且基于所述电桥电流补偿MEMS设备的灵敏度。
11.根据权利要求10所述的MEMS系统，其特征在于，包括：
驱动运算放大器，可操作用于偏置所述压阻电桥。
12.根据权利要求11所述的MEMS系统，其特征在于，所述电流聚集级被配置为：
接收用于偏置所述压阻电桥的所述驱动运算放大器的输出电流的镜像；
接收所述驱动运算放大器的反馈电流的指示；以及
基于所述驱动运算放大器的所述输出电流和所述反馈电流，确定所述电桥电流。
13.根据权利要求12所述的MEMS系统，其特征在于，所述电流聚集级被配置为将所述电桥电流确定为所述输出电流与所述第一镜像的共模反馈电流和所述驱动运算放大器的所述反馈电流之和之间的差。
14.根据权利要求10所述的MEMS系统，其特征在于，
所述共模电阻分压器包括：
第一电阻，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦合到第一电压节点；
第二电阻，具有第一端子和第二端子，其第一端子耦合到第二电压节点；以及
中心节点；以及
所述第一电流镜包括：
第一反馈晶体管，具有均耦合到所述第一电阻的所述第二端子的第一导电端子和控制端子，以及耦合到所述中心节点的第二导电端子；
第二反馈晶体管，具有耦合到所述中心节点的第一导电端子和控制端子，以及耦合到所述第二电阻的所述第二端子的第二导电端子；
第一镜像晶体管，具有耦合到所述第一反馈晶体管的所述控制端子的控制端子，以及第一导电端子和第二导电端子；以及
第二镜像晶体管，具有耦合到所述第二反馈晶体管的所述控制端子的控制端子，耦合到所述第一镜像晶体管的所述第一导电端子的第一导电端子，和第二导电端子。
15.根据权利要求10所述的MEMS系统，其特征在于，包括：
第二电流镜，被耦合到所述第一电流镜，所述第二电流镜被配置为对所述第一镜像的共模电流进行镜像并且提供第二镜像的共模电流。
16.根据权利要求14所述的MEMS系统，其特征在于，包括：
镜像反馈放大器，具有耦合到所述第一镜像晶体管和所述第二镜像晶体管的所述第一导电端子的第一输入，用于接收共模电压的第二输入，以及输出。
CN202020361664.1U 2019-03-22 2020-03-20 用于感测共模反馈电流的设备和mems系统 Active CN211928462U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/361,930 US10897234B2 (en) 2019-03-22 2019-03-22 Fully differential operational amplifier common mode current sensing feedback
US16/361,930 2019-03-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN211928462U true CN211928462U (zh) 2020-11-13

Family

ID=72514936

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010211198.3A Pending CN111726095A (zh) 2019-03-22 2020-03-20 全差分运算放大器共模电流感测反馈
CN202020361664.1U Active CN211928462U (zh) 2019-03-22 2020-03-20 用于感测共模反馈电流的设备和mems系统

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010211198.3A Pending CN111726095A (zh) 2019-03-22 2020-03-20 全差分运算放大器共模电流感测反馈

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10897234B2 (zh)
CN (2) CN111726095A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11422044B2 (en) 2020-05-19 2022-08-23 Stmicroelectronics S.R.L. Resistive bridge sensor with temperature compensation

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4866312A (en) * 1988-09-06 1989-09-12 Delco Electronics Corporation Differential voltage to current converter
WO2001035526A2 (en) * 1999-11-09 2001-05-17 That Corporation Improved floating, balanced output circuit
US7005915B2 (en) * 2004-02-27 2006-02-28 Honeywell International Inc. Series bridge circuit with amplifiers
US9817509B2 (en) 2015-10-30 2017-11-14 Solomon Systech Limited Methods and apparatuses for providing sensing signals for projected capacitive touch sensing using a differential current mode analog circuit

Also Published As

Publication number Publication date
US20200304085A1 (en) 2020-09-24
US10897234B2 (en) 2021-01-19
CN111726095A (zh) 2020-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI463143B (zh) 對電流感測電阻器之老化漂移的動態補償
JP5517777B2 (ja) ブリッジ回路の断線検出回路および断線検出手段を有するシステム
US5753815A (en) Thermo-sensitive flow sensor for measuring flow velocity and flow rate of a gas
US10571296B2 (en) Circuit, method and sensor for obtaining information on a physical quantity
JPS5979172A (ja) ホ−ル・磁界センサを用いた回路装置
TWI396380B (zh) 低貝他電晶體之準確溫度測量
TW201933020A (zh) 電壓產生裝置及其校準方法
CN211928462U (zh) 用于感测共模反馈电流的设备和mems系统
TW201243692A (en) Touch panel control circuit and touch panel input device using same, as well as electronic instrument
JP5680178B1 (ja) 流量センサおよび内燃機関の制御システム
JP3081751B2 (ja) 電気量測定装置
CN106840287B (zh) 流量传感器、流量计及流量检测方法
JP5371505B2 (ja) 温度補償回路ならびに加速度または角速度センサ
JP4809837B2 (ja) 抵抗による熱損失式圧力センサの動作方法
US11085953B2 (en) Half-bridge differential sensor
TWI639825B (zh) 導電度的量測電路
JP3555013B2 (ja) 感熱式流量計
US20060021444A1 (en) Method of operating a resistive heat-loss pressure sensor
JP3562703B2 (ja) 計測装置
JP2596125Y2 (ja) 演算増幅回路
TW202409577A (zh) 電流感測放大器電路及其輸入偏移電壓修正方法
JP3310864B2 (ja) 直流安定化電源の出力電流測定回路
CN112857493A (zh) 引线电阻消除电路及热式质量流量计
JP4602020B2 (ja) 温度補償回路
JPH03267781A (ja) ホール素子用不平衡電圧調整回路

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant