TW390997B - Fully integrated two axis shock detector - Google Patents

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經濟部中央標準局貝工消費合作社印褽 A7 B7 五、發明説明（h 發明之背景 1. 發明之領域 本發明係關於在重機械螅成及機器之運動感涮之領域。 本發明尤指在硬式磁碟機總成（HDA)之領域，諸如用於電 雎磁性記綠裝置之硬式磁碟機之振動赛蜊。 2. 背景藝術 手提式個人電腦（PC)諸如膝上型電腦及筆記型貧腦變成 普遍存在時，對HDA設計者變得重要的是要識别並消除手 提式姻人電雎之最常見故障原因，以改進其可靠性。通常 ，手提式霣期I是受到某些類型之故障，其並彝桌上型機器 之問題。例如，在攜帶或工作時，手提式鼇腾可能掉落， 並且手提式系統中之组件可能損壞或破損◊手提式個人電 雎之主要故障原因之一，爲磁碟機之脆弱性及其易受振動 損壤。 提供桌上型電腦之相同功率及功能供手提式個人電腦， 硬碟搪負重要任務。在磁碟機，一種代表性硬式磁碟機總 成（HDA)包含一片或多片可旋轉式安装之磁片，有極薄磁 性塗層塗著在磁片基片上。資訊通常藉一讀/寫頭自硬碟 讀取及窝入。HDA—般爲有一種很敏感之架構，其中在磁 碟機頭輿磁片之間保持很小間隙，而這使HDA特别易受振 動損壤。由於此間隙愈小，硬碟可储存之數據愈多’小間 陈尺寸是爲硬碟之基準。 因此，在磁碟機應用，重要的是要保護硬式磁碟機總成 (HDA)，以防環境振動及危險。磁片製造廠商瞭解此問題

本紙張尺度適用中國團家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 經濟部中央標率局貝工消費合作社中裝 A7 _____B7___ 五、發明説明（2) ，並且通常藉著振動安裝HDA處理此問題。物理或機械衝 擊仍可能破壞硬碟之數據完整性或硬«之完整性。例如， 遇度振動嚴重«壞硬式磁碟機或使其破損時，使用者便處 在不但必須更換受損磁碟機，並且也損失寶贵資料庫之潛 在危險之中。 因此，每當過度振動發生時，必須禁止寫入至磁碟機， 保持磁碟機上之數據完整性，並且防止磁碟機之任何損埭 。振動檢测器用於此項目的，以感知並檢埘過度之振動， 並且對嵌入之微處理器發出信號，以停止在磁碟機窝入。 HDA振動檢蜊器慣常藉包括重阻器及黨容器组件之個别 组件實施。然而，使用許多個别组件不只就成本而言損及 檢淘電路之效能，並且佔用相當大查之板空間，以容纳個 别之组件。更笨重之板通常由於各種不同因素，諸如較高 之板成本及包裝成本而增加成本〇更大之尺度也可能意謂 在系统中有某些组件將會故障，並且因此較少繡饉系统可 靠性之較大可能性。 先前技藝RC作用濾波器也不達成低於半功率或-3分貝頻 率之輸入信號之急劇衰減。圈1示一種使用個别组件所實 施之代表性先前技藝前端濾波器。該濾波器有二實極及一 在零柬率之傳輸零。振動感測器101及10 ΜΠ之黨阻器1〇3 經由電容器105並聯耦合至放大器115之正輸入端子。放大 器115之正輸入端子也經由雩阻器1〇7及旁路電容器109耦 合至電路參考點，諸如電路接地》電容器119及電阻器U7 並聯耦合在放大器115之輸出端子輿放大器115之負輸入端

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經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裝 A7 --—___B7 五、發明説明（3) 子之間》放大器115之負輸入端子也經由電阻器3及旁路 電容器113核合至電路參考點，諸如電路接地❶ 在國1中，電容器105提供AC輛合供振動信猇輸入，並 規劃DC组份。圈1中所示之濾波器電路在DC组份提供足夠 捨棄，並在帶通提供增益加強。但在高頻组份之捨棄無法 接受供大多數HDA應用。爲克服此缺失，需要一種較高階 濾波器，其可提供較佳之高頻響應特徵。然而，這增加成 本及板空間。 而且，RC作用重路利用有耄阻器及貧容器之操作放大器 示不揉定之钱率響應特徵，因爲濾波器特歡係依重阻器及 電容器值而定》代表性振動濾波器特徵需要大值雹阻器及 重容器實現低餚極及零，其復在積艟黨路技術佔用相當大 矽空間’而使得問題複雜。因此，先前技藝阢作用電路不 適合例如使用互捕金屬氧化物半導髏（CMOS)技術之單片整 合，從而使得難以使系统依比例缩小❶ 再者，大多數先前技藝振動檢測器爲求簡單及低成本， 而設計爲僅檢測單轴振動。雖然此方法對某些應用令人滿 意，其常不適當或足以檢測及補償過度之振動，並保護硬 式磁碟機。例如單轴振動檢測器由於僅沿一轴檢測振動信 號，而將不具有完全之振動檢測，並因而將會導致較所希 蔞者爲較不正確感測實際之物理或機械振動。雖然較不準 確之振動感測對桌上型電腦及工作站爲可容忍，但其常對 很多手提式個人電腦諸如膝上型電腦導致關鍵性之損壌或 破損影響。

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先Μ讀背面之注$項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（4) 然而，如果人們要設計雙轴振動檢洲系统，使用先前技 藝個别组件系統提供較準確之感測，將會需要甚至更大之 板空間，並將爲準確度而犧牲袖珍尺寸。Η 2示一種習知 之全波整流器，有藉個别组件所實施之加法器及LPF。請 參照圈2，輸入信號VINx予以耦合至X-轴全波整流器211 ，其通遇電阻器219耦合至加法器215。加法器215之輸出 耦合至LPF 1007，其輸出至Vout。VINy予以耦合至Y-轴全 波螫流器213,其也通過電阻器221耦合至加法器215。 來自雙軸之信號需在加在一起之前予以個别全波整流， 因爲振動可爲在任一轴之正或負方向。如圈2中所示，習 知爲使用二只二極管在單方向整流。該方法不僅不適合 CMOS實施，並且也需要頗大量之矽面積。如所曾討論，笨 重之設計增加成本，並且不適合手提式電雎應用。 因此，在該項技藝需要克服先前技藝HDA振動檢測器之 缺點，並且提供一種振動檢測器，其可藉單片整合技術以 袖珍尺寸製成，而仍然提供改進及可靠之振動感測能力。 本發明提供此種供雙轴HDA振動檢測器之全集猜式設計。 發明之概述 本發明揭示一種以積體電路技術所實施，具有高隋濾波 器之全集積式振動檢測器。濾波器以一種改良之晶片上偏 壓產生器予以整合，因而其可提供穩定，可修整及/或可 程式頻率響應，而有最少數目之外部電容器。電阻器元件 係以M0SFET (金屬氧化物半導體場效應電晶體 > 所實施， 其被晶片上偏壓產生器所適當偏壓。本發明也提供一種改 -6 - ^7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------κ^------ΐτ------ (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（5) 良之全波整流器，一將自X-轴及Y-轴振動感測器之信號累 加之加法器，及一晶片上低通濾波器》 全波整流器爲使用一種積體重路技術所實施，並包含一 操作放大器。本發明提供雙全波整流器供X-軸及Y-轴振動 感測，以便可達成吏準確及可靠之振％檢测。來自X-轴及 Y-轴振動感测器之輸入信號予以轉換爲電流，並提供至雙 全波整流器。如此全波整流之電流予以累加，並予低通濾 波，以產生輸出信號，其然後予以饋給至比較器，以產生 振動撿蜊信號。由於本發明將系统之大部份整合於單片重 路，益I僅需要少數外部組件，故將有壓電《I瓷感埘器之 所有檢測電路容納在一包裝中爲可行並合乎理想，因此減 低成本及板空間。 附圈之簡要説明 圈i示一種使用個别组件所實施之代表性先前技藝前端 濾波器。 圈2例示一種具有加法器及低通濾波器（LPF)之習知全 波整流器 圈3示一種根據本發明之雙轴振動檢測器電路之功能方 塊圈。 辑4示一種理想前端帶通滅波器之頻率響應。 圈5示一種實際前端帶通濾波器之頻率響應。 國6示一種根捧冬發明之帶通龙波器之較佳實施例。 j 7示根據國6之實施例所構造之帶通濾波器之頻率響 應0

本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS)A4規格（210x297公麓） ------IT------L·. (請先聞讀背面之注$項再填寫本買) 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6) 圈$示根據國6之實施例所構造之帶通滅波器之廷長頻 率響·。 圖9示一種根據本發明之前端高^通濾波器之實施例。 ，10示一種根據本發明之偏墨產生器之較佳實施例。 國11示一種根據本發明之偏壓產生器之替代性實施例。 圈12示一種根據本發明，有一加法器及一lpf之全波整 瑪器之較佳實施例。 較佳實施例之詳細説明 以下説明猜密HDA振動感洌黨路。在下列説明，M示很 多特定細節，俾更撤底瞭解本發明。然而，精予此項技藝 者将會明白，本發明可無需此等特定細節予以實施。在其 他情形，熟知之特色未予詳細説明，俾不使本發明模糊不 清。 國3示一根據本發明之雙軸振動檢測器重路之功能方塊 國。振動感測器301及307藉安裝在HDA之壓霣陶瓷元件予 以實施。響應對HDA之環境振動，振動感測器301及307產 生小AC信號（一般爲0.5毫伏/G)，其振幅輿振動大小成 比例。來自感測器之AC信號首先提供至帶通濾波器313及 317予以帶限。帶限信號然後藉全波整流器315及319予以 全波整流，及藉加法電路321予以累加。 加法電路321之輸出然後提供至低通濾波器323,以切斷 其自全波整流所產生之高頻组份。一有少量磁濟之比較器 325將已濾波信號輿界限Vth比較，並產生一遲輯信號，這 以信號示表HDA已遭受大小高於預定界限值之振動。點線

本紙張尺度適用中國鬮家標準（CNS ) A4规格（210X297公羡） ----------- (請先»讀背面之注意事項再填寫本頁) *ΤΓ .4 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印簟 A7 _____ _B7_____ 五、發明説明（7) 300所界限之系統3示一種包含帶通濾波器313及317,全 波整流器315及319，加法重路321，低通濾波器323及比較 器325之電路整合。因此在方塊3〇〇產生邏輯信號，並在輸 出•插脚提供至外部》 前端帶通濾波器諸如國3中之313及317，其主要需求包 括：在約20 KHz DC及高頻组份均爲足夠之捨棄；自1 Oz 至2.5 KHz之信號增益加強。圖4中示其理想頻率響應， 以及圈5中示其實際頻率響應特歡。 在國4中，示用於系統300之理想帶通濾波器在1〖Hz及 2.5 KHz之二切斷類率之間有固定之增益，並且頻率響應 在較低及較高蘋率衰減超過帶通。對實際之帶通濾波器， 頻率響應更相似於圈5者，其中在I KHz及2.5 KHz之帶通 增益約爲固定。 圈6示本發明之帶通濾波器之一種較佳實施例。帶通濾 波器係藉一高通濾波器（HPF) 600輿一低通濾波器602串礴 所完成。在圖6中’振動感測器601予以耦合至外部電容 器603 (電容值C1)，其予以耦合至放大器6〇6之正輸入端 子。放大器606之正輸入端子也通過外部電阻器6〇5 (電阻 值R1)予以耦合至參考電壓咒。晶片上電阻器6〇9 (電阻 値R2)及外部電容器611 (電容值C2)予以串礴耦合在參 考電壓VR與放大器606之負輸入端子之間。晶片上反餚電 阻器607 (電阻値R3>予以耦合在放大器之負輸入端子 與輸出端子之間。 放大器606之輸出端子予以耦合至電阻器613(電阻値R4)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210x297公着) (請先H讀背面之注f項再填寫本頁) -裝 -訂 A7 B7 五、發明説明（8) ，其予以至耦合至節點623。節點623通過電阻器619 (重 阻值R5>予以耦合至放大器620之負輸入端子。節點623通 過？容器615 (電容值C3)予以耦合至電路麥考點諸如電 路·接地。放大器620之正輸入端子予以耦合至電路麥考點 諸如重路接地❶放大器620之輸出端子通遇電容器621 (電 容值C4)予以耦合至放大器620之負輸入端子，及通過電 阻器617 (電阻値R6)耦合至節點623。 弈反相放大器606加晶片上電阻器607及609 ,配合外部 组件603，605及611形成RC作用高通濾波器（HPF) 600，其 轉移聶數求得如下： H(S)HPF / sRICI 1 / 1 = s(R2+R3)C2 \ L 1 + sRICI - 、 1 + sR2C2 ^ 在HPF轉移函數第一部份之電容器603及電阻器605實現 一在零頻率之傳輸零，及在少於1 KHz之一極。電容器603 用以提供AC耦合供振動信號輸入，並因此規劃振動信號的 DC组份。電阻器605用以在麥考電壓VR偏壓振動信號。在 HPF轉移函數第二部份之電阻器607，609及重容器611實現 在一傳輸零及在约1 KHz之一極。對於高頻，HPF提供一增 (R2+R3) 益 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· tr 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印装 R2 有晶片上電阻器613，617，619及電容器615，621之反 相放大器620形成RC作用低择濾波器602,其轉移函數求得 如下： 10 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐〉 經濟部中央標準局貝工消費合作社印褽 A7 _B7_ 五、發明説明（9) -(R6/R4) H(S)LPF ----- l+sR5C4[l + (R6/R4) + (R6/R5)]+s 2 R5R6G3C4 RC组件以-3分貝頻率约在3 KHz及品質因數在Q=〇.6實現 二複共軛極。對於低頻，LPF提供一增益（R6/R4)。 利用理想之组件値，圈6中所示帶通濾波器之頻率響應 將會如圈7中所示。圈8爲圈7之延長頻率響應«。如圈 8中所示，濾波器在1 KHz與2.5間之帶通提供實際約15分 貝之增益加強，並有一捨棄帶，捨棄DC及高頻组份（超過 20 KHz)大於30分貝（相對於帶通中之组份〉。選定帶通 中之增益加強予以設計爲提供约1 KHz至2.5 KHz輪入信號 頻率之最敏感振動檢測能力〇因此，圈6中所示之整合高 隋濾波器較之諸如圈1中所示之先前技藝個别组件濾波器 ，提供較佳之高頻特徵，並且仍然需要最少數目之外部電 容器以及最少增加板空間及成本。 晶片上電阻器依其應用而定，習知爲藉多晶矽ρ+擴散， η+擴散，或凹穴所實施。電阻器藉多晶矽或ρ+擴散，或η+ 擴散，或凹穴實施時，其一般爲經受過程變化，並且示寬 廣範園之容差（多於土 30%)，從而顯著改變濾波器之極 及零位置。這使得具有此等類型電阻器之濾波器較所希望 者爲不可靠，並且在某些情況爲無法接受。 因此，要提供可靠之頻率響應，在作爲線性電阻器之三 極管部位受到偏壓之M0SFET用以在本發明實施晶片上電阻 器。其操作原理參照圖9予以説明。圈9例示根據本發明 所構成之高通濾波器。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. ，1Τ 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印裝 -12 -

A7 ______B7_ 五、發明説明（巧 在國9中，輸入ViN通過電容器901予以耦合至放大器 905之正輪入端子。放大器905之正輸入端子也通過電阻器 903予以Μ合至參f電壓VR。放大器905之負輸端子通過 MOSFET 909及電容器907予以耦合至VR «MOSFET Ma，l， Ma,2, ..., Ma,N-i串聯連接在放大器905之輸出蟪子與放 大器905之負輸入端子之間，而其閛共同連接至節點913。 MOSFET 909之閘端子也予以耦合至節點913。 MOSFETMb,l, Mb,2, ..., Mb,N予以串礴連接在精密 鼇流源I B輿參考電壓Vj{之間，而其閘予以共同連接至節 點913。猜密黨流源I b也予以耦合至放大器之負輸入端子 911。如國9中所示，放大器911之非反相輸入端子予以耦 合至參考電墨等於（VR +VX )〇放大器911之輸出端子予以 耦合至節點913。圈9中之點線示積逋電路晶片邊界。 來自猜密電流源I B之電流，被強制通過MOSFET Mb, 1， Mb,2, ..., Mb,n，其在三極管部位被高增益放大器911 所偏壓。Mb之同等電阻Mb,η因此爲越過Mb,η之電麈，其被 高增益放大器911強制等於Vx除以電流源Ιβ。Mb, h然後 被反映以實施電阻器諸如圈6中所示之曹阻器607或609。 圈9中之系統由於Vx及11)在過程和溫度變化均相當穩定 ，而達成穩定之頻率響應。電流源或Vx，及因此濾波器 之頻率響應，也可予以修整以求更爲猜密，或予以規劃程 式，以調整其值供各種不同之設計需求。 在作爲重阻器之三極管部位被偏壓之MOSFET有相當大電 壓係數。換言之，607及609之電阻器値將會在MOSFET隨端 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填窝本頁)

經濟部中央梯準局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（q 子電壓而略微改變。如果MOSFET在強三極管部位被偏壓， 耄壓係數可減至最少，並且越過MOSFET之貧蜃，自其操作 點被限制在±200毫伏以内。HSPICE模擬業經證明以此方 式*所實施之電阻器值改變少於±10%，荛且在大多數應用 ，此等改變爲可接受。然而，對於需要較嚴格雹阻器值容 差之應用，圈10中所示之重路可用以偏壓MOSFET。 國10示根據本發明之改良偏壓產生器之圈解。在圈10中 ，重流源I B予以耦合至放大器931之正輸入端子，其負輸 入端子予以耦合至（VR +VX )。NM0S電晶體Ml及M3予以串 麟耦合在VCC與接地之間。NM0S電晶體M2及M4也予以串聯 輛合在VCC輿接地之間。放大器931之輸出端子予以耦合至 作爲偏壓電壓Vb之電晶腫Ml及M2之閘》M3之閘予以耦合 至電流源I B。PM0S電晶體M5及M6予以並鞯連接在I b輿71{ 之間。VR也予以耦合至M4之閘。電晶fl|M5之閉予以輪合 至節點933。電晶體M6之閘予以耦合至節點935。在圈10中 所示之此種構形，Ml，M2，M3及M4在鉋和部位予以偏壓， 同時電晶體M5及M6在作爲線性電阻器之三極管部位予以偏 壓。 圖10包含一在點線所包圍之PM0S電阻器元件。請參照圈 10，M5及M6之偏壓電壓均爲以與圖9中之相同方式致使M5 及M6之漏極至源極電壓降等於Vx。然而，在此情沉，由 於在電流源加載時，M3及M4爲随Ml及M2之源極從動者，故 電晶體M5及M6之偏壓電壓也自其端子之電壓取得。囡此電 路消除電壓對MOSFET電阻器元件之端子電壓之相依性至第 ' 13 _

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I--------裝--1--—訂------ /媒 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部t央揉率局負工消費合作社印製 五、發明説明（ 一階’從而提高操作可靠性。使用作爲電路中之電阻器无 件時，例如更換圈6之電阻器607，609，613 , 617，或 619時，便取電晶體M3及M4之閛，姜用作電阻器元件之二 端·子〇 ' 圈11示根據本發明之偏蜃產生器之_代性實施例。在國 11中，NMOS黨晶髏Mil及M12予以並鞯連接在I B與Vr之間 。放大器941之輸出端子予以耦合至電晶體刖及耵〗之閘作 爲偏壓霣壓VB 〇VR也予以耦合至M8之閘。電晶髏Mil之 閘予以耦合至節點945 〇.電晶髏M12之閘予以耦合至節點 943 〇 請參照國11中所示之NMOS電阻器元件，Mil及M12之偏餐 電壓均爲致使Mil及M12之漏極至源極電壓降等於vx，如 供圈10之PMOS電阻器。NMOS電阻器也消除黨壓對MOSFETt 阻器元件之端子電壓之相依性至第一階。使用作爲電路中 之電阻器元件時，例如更換圈6之電阻器607, 609, 613, 617,或619時，便取電晶鱧M7及M8之閘，並用作重阻器元 件之二端子。 因此’依應用及1C過程特徵而定，可代之或成组合使用 以上所説明之PM0S電阻器或NM0S電阻器供精密電阻器元件 〇 圈12示一電路，其包含雙軸全波整流器電路，加法電路 及低通濾波器，並且與1C電路單片技術相容。圈12包含一 X-轴全波整流器950及一Y-轴全波整流器952。在圈12中， X-轴感測器信號VINx通過電阻器R7a予以耦合至放大器951

(請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 裝· Γ. ,tr 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印装

A7 B7 五、發明説明（13) 之負輸入端子。放大器951之正輸入端子予以Μ合至VR。 MOS貧晶體M16，M13，M14，M15予以串聯連接在VCC舆地線 之間。電流源11予以耦合至MNOS電晶體M13之閉及PMOS重 晶HKM19之源極，漏極予耦合以至地線。PMOS電晶鱧M14之 源極也予以耦合至放大器951之負輸入端子β放大器951之 輸出予以耦合至PMOS電晶ttM14及Μ19之明。 在國12中，VINy通過電阻器R7b予以耦合至放大器952之 負輸入端子。放大器953之正輸入端子予以耦合至Vr。 NMOSt晶體M20及PMOS電晶體M21予以串礴連接。霆晶體 M20之漏極予以耦合至黨晶«Μ13之漏極，電晶體M21之漏 槿予以镇合至電晶髏M15之漏極。耄流源12予以耦合至NM0S 黨晶髏M20之閘及PM0S電晶體M22之源極，其漏極予以耦合 至地線。PM0S電晶體M21之源極也予以耦合至放大器953之 負輸入端子。放大器953之輸出予以耦合至PM0S電晶髏M21 及M22之閘。 NM0W電晶髏M15之漏極予以耦合至其閘，其也予以耦合 至NM0S電晶醴M18之閘。PM0S電晶體M17予以耦合在VCC輿 電晶體M15之閘之間。電晶體M17之閘予以耦合至電晶禮 M16之閘。電晶體M18之漏極通過電阻器959予以耦合至放 大器955之負輸入端子，而其源極予以接地。放大器955之 正輸入端子予以耦合至麥考電壓。電容器957予以耦合 在地線與電晶體M18之漏極之間。電阻器961予以耦合在放 大器955之輸出Vout與電晶體M18之漏極之間。電容器963 予以耦合在放大器955之輸出與放大器955之負輸入端子之 -15 - 本紙張尺皮適用中國國家揉準（CNS > Α4規格（210X297公釐） ^---------— <請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 、π 經濟部中央棵準局負工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（i4) 請麥照圈12，輸入電壓VINx首先藉線性電阻器R7a予以 在任一方向轉換爲電流。輸入電壓超過VR時，電流將會 在V1NX之方向向R7a流動並通遇M14。放大器951之輸出以 及因此M14及M19之閘電壓被驅動爲負，因而M14及M19被強 制導通。M13之閘黨壓爲足夠低，因而M13關斷。此電流因 此流遇VINX，M14及M15。M15爲二極管連接，並且因此反 映相同量之電流流過M18。 反之，輸入電磬少於VR時，電流將會通過M13向VINX 流動❶放大器951之輸出以及因此M14及M19之明電蜃變成 足羚高，因而強制M14及M19Wit，並強制M13導通。此重 流因此流過M16並反映進入M17及通遇M15。電晶髏M16及 M17構成一配對之電流鏡，方式輿M15及M18相同。因此， 圈12中所示之X-轴全波整流器950產生一舆輸入電壓大小 I VINX I成比例之電流，其不管振動信號爲在正或負方 向均流過M15。 圖12中所示之Y-軸全波整流器952以相同方式操作，並 且一輿輸入電壓大小丨V1N, |成比例之電流也流過M15。 來自X-轴及Y-軸全波整流器之此二電流在M15加在一起， 並反映至M18，並且通過晶片上RC網路，進入一操作放大 器，其形成低通濾波器，以捨棄自全波整流所產生之高頻 组份。 低通濾波器在國12中概括示於LPF，包含放大器955,電 阻器959及961，以及電容器957及963。RC網路中之電阻器

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注$項再填寫本萸) 訂 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 A7 ___B7 五、發明説明（is) 可如以上所説明藉MOSFET在強三極管部位被偏壓而實現。 請予察知，MOSFET電阻器之同等電阻值係由Vx及丨b所決 定。修整Vx及I B之不同值及/或將其規劃程式，可調整 MOSm電阻器之值。圈12中之電晶體’其較佳實施例中之 M15，M16，M17，及M18—般爲在你和部位操作。 本發明提供困繞袖珍系統設計所建立之準確及可靠之振 動感琍能力。如以上所陳述，本發明之優點在供手提式電 梅之HDA應用特别具有償値。本發明之優點爲： 高隋濾波器布局嚴格符合系統需求， 在溫度，供給電壓及過程變化之穩定頻率響應， 需要最少數目之外部旁路電容器， 可修整/可規劃程式之頻率響應9 因此，本案業已説明一種積體電路技術相容之雙轴振動 檢測器系統，其包括有袖診集積式高階濾波器。 雖然本發明説明並例示電阻器，整流器，及使用MOSFET 之其他電路之各種不同實施例，但其他適當FET也可用以 實現本發明。例如，可使用其他薄膜材料諸如氣化矽代替 氣化物薄膜，以形成場效應電晶體。依設計及成本考慮而 定，其他絶緣體薄膜顯然可用以形成FET，而不偏離如後 咐申請專利範園所界定之本發明之範圍。 精於此項技藝者也將會察知，在各種不同細節上可作成 種種變化，而不偏離如後附申請專利範圍所界定之本發明 之範園。例如，N-型M0S電晶體可由在電壓極性有適當變 化之P-型M0S電晶體替代，反之亦然。 0此，本案業經説明一種精密HDA振動感測電路。 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁} " Γ

Claims (1)

1. 申請專利範園 種感測電流之電路，該電路包含： 〜第一帶通濾波器，有一電阻器及一電容器； 第一全波整流器，板合至該帶通遽波器； 一第二帶通濾波器，有一第二電阻器及一第二 電容器 及 第一全波整流器，耦合至上述第二參通滅波器；以 經濟部中央橾率局員工消費合作社印裝 二加法電路，M合至上迷第—及第二帶通遽波器。 .根據申11相範项之*t路予4積在單—晶片上 〇 3. 根據中料利糾第！項之電路，m权合至加法 電路之低通濾波器。 4. 根據申積專利範面第1項之電路，其中上迷電阻器包含FET電晶雅。 5·根據申請專利範面第4項之電路，其中上述fet電阻器 包含： 串赛耦合之第一FET (場效應電晶體）及第二FET ; 串躑耦合之第三FET及第四FET #麟耦合在第一 FET之閘與第三FET間之第五FET及第 六 FET ; 耦合至第二FET及第四FET之閘之偏壓電壓； 耦合至第二FET之溝道端子之第五FET之閘， 耦合至第四FET之溝道端子之第六FET之閘；以及 第一 FET及之閛及第三FET之閘使用作爲電阻器端子。 18 - 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（2丨0Χ29?公釐） (請先Μ讀背面之注$項再填寫本頁) 、11 Γ A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6. 根據申請專利範面第1項之電路，其中上述第一全波整 流器電路包含： 一電流源； 一放大器，放大器之負輸入端子予以耦合至供給電展 9 一耦合至放大器之正輸入端子之輸入信號； 串聨耦合在第一節點與第二節點間之第一ίΈΤ及第二 FET ； 耦合在電流源與地線間之第三FET ; 耦合至電流源之第一 FET之閘； 耦合至第二及第三FET之閉之放大器之輸出端子。 7. 根據申請專利範固第6項之電路，其中上述第二全波整 流器電路包含： 一第二電流源 一第二放大器，第二放大器之負輸入螓子予以耦合至 上述第一供給電壓； 耦合至第二放大器之正輸入端子之第二輸入信號； 串鞯耦合在第一節點輿戈二節點間之第四FE：T及第五 FET ； 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) .耦合在第二電流源輿地線間之第六FET_; 耦合至第二電流源之第四FET之閘； 第二放大器之輸出端子耦合至第五及第六FET之閘。 8. 根據申請專利範圍第7項之電路，另包含電流鏡電路包 含： -19 - 魯 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X；297公釐） 經濟部中夬揉準局貝工消費合作社印褽 A8 B8 C8 _ D8 _ 六、申請專利範圍 第七FET，該第七FET溝道之端子耦合至上述第一節點 ，第七FET之閘耦合至上述第一節點； 第八FET，,該第八FET溝道之癟子耦合至上述第二節點 *，第八FET之调耦合至上迷第二節點；以及 .第九FET，第九FET溝道之端子耦舍至弟八FET之閘。 9.根據申請專利範固第8項之貧路，另包含一低通濾波器 包含： 一第三放大器，該第三放大器之正輸入端子耦合至上 述第一供給電壓； 第二嘗阻器及第二電容器，並麝耦合在上述第三放大 器之負輸入端子與第三放大器之輸入之間；以及 第十FH耦合在上述第三放大譆之負餘入端子輿地線 之間，該策十FET之閉核合至第八FET之閘。 10,.根據申請專利範面第1項之電路，其中上述帶通濾波 器包含： 一低通濾波器；以及 一高通濾波器包含： 一放大器，該放大器之正輸入端子搞合至一輸入信號 » 第一許多FET，串聯耦合在食輸入端子與放大器之輸 出端子之間； 一FET耦合在第一供給電壓舆放大器之負輸入蟋子之 間； .一電流源； -20 - 灰: 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 r\、 A8 ?5 D8 六、申請專利範園 一第二放大器，該第二放大器之正輸入端子耦合至第 二供給電塵，第二放大器之負輸入端子耦合至重流源； 第二許多FET，串聯耦合在電流源與第一嘗壓供給之 間；以及 上迷FE：T以及第一及第二許多FET之閘耦合至第二放大 器之輸出端子。 11. 一種感琍電流之電路，該電路包含： 一第一全波整流器； 一加法電路，耦合至第一友第二全波整流器，供累加 上迷第一及第二全波整流器之輸出；以及 一帶通濾波器，耦合至第一全波整流器，該帶通濾波 器包含： 一放大器； 一霣阻器，耦合至上述放大器，該電阻器包含： 串礴耦合之第一FET及第二FET， 串聯耦合之笫三FET及第四FET ; 一第五FET及一第六FET，並聯权合在第一FET與第三 FET之閘之間， 經濟部中央棣準局負工消費合作社印褽 —偏壓電壓，耦合至第二FET及第四FET之閘， 第五FET之閘耦合至第二FET溝道之端子； 第六FET之閑耗合至第四FET溝道之端子；以及 第一 FET之閘及第三FET之閘使用作爲電阻器端子。 根據申請專利範困第π項之電路’其中上迷第一全波 聲流器包含： -21 -

   (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -f- A8 B8 C8 D8 夂、申請專利範圍 一電流源； 一第二放大器，第二放大器之負輸入端子耦合至供給 電壓； 一輸入信號耗合至第二放大器之正輸入端子； 一第一FET及一第二FET，串聯耦舍在第一節點與第二 節點之間； 一第三FET耦合在電流源與地線之間； 第一 FET之閉耦合至重流源； 第二放大器之輸出端子耦合至第二及第三FET之閘。 13. 根據申請專利範固第12項之電路，各包含一第二帶通 濾波器及一耦合至該第二帶通濾波器之第二全波整流器 ’該第二全波整流器包含： 一第二電流源； 一第三放大器，第三放大器之負輸入端子耦合至第二 供給電壓； 一第二輸入信號，耦合至第三放大器之正輸入端子； 一第四FET及一第五FET，串聯耦合在第一篇點與第二 節點之間； -第六FET，耦合在第二電流源與地線之間； 第四FET之閘耦合至第二電流源； 第三放大器之輸出端子耦合至第五及第六FET之閘。 14. 根據申請專利範園第13項之電路，另包含電流鏡電路 包含： -一第七FET，第七FET溝道之端子耦合至上述第一節點

   本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾率局属工消費合作社印製

   經濟部中央揉準扃負工消費合作社印簟 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ’第七FET之閘耦合至該第一節點； 一第八FET，第八FET溝道之端子耦合至上述第二節點 ，第八FET之閘耦合至該第二節點；以及 \ 一第九FET，第九FET溝道之端子耦合至第八FTT之閘 〇 15. 根據申請專利範面第14項之電路另包含一低通濾波器 包含： 一第四放大器，該第四放大器之正輸入端子耦合至上 述第一供給電蜃； 一電阻器及一電容器，並聯耦合在上述第四放大器之 負輸入端子輿輸出之間；以及 一第十FET，耦合在上述第四政大器之負輸入端子舆 地線之間，第十FET之閑耦合至第八FET之閛。 16. 根據申諳專利範囲第15項之電路，集積在單一晶片上 之重路。 17. —種感測電流之電路，該電路包含： 一帶通濾波器包含： T*放大器， 一FET電阻器，耦合至上述放大器； 一第一全波整流器，耗合至上逑帶通滅波器’該第一 全波整流器包含： 一電流源； 一第二放大器，該第二放大器之負輸入端子耗合至供 給電壓；

   本紙張尺度適用不家標準（CNS)A4規格（210x297公羡 1 (請先W讀背面之注項再填寫本頁)

   經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一輸入信號，耦合至第二放大器之正輸入端子； 一第一FET及一第二FET，串聯耦合在第一節點舆第二 節點之間； .一第三FET，耦合在電流源與地線之間； 第一 FET之閘耦合至電流源； 第二放大器之輸出端子耦合至第二及第三FET之閛； 一第二帶通濾波器包含： 一第三放大器； 一第二FET電阻器，耦合至上述第三放大器； 一第二全波整流器，耦合至上述第二帶通濾波器，該 第二全波整流器包含： 一第二電流源； 一第四放大器，第四放大器之負輸入端子耦合至上述 第一電壓供給； 一第二輸入信號，耦合至第四放大器之正輸入端子；〃 一第四FET及一第五FET，串聯耦合在第一節點輿第二 節點之間； 一第六FET，耦合在第二電流源與地線之間， 第四FET之閘耦合至第二電流源； 第四放大器之輸出端子耦合至第五及第六FET之閘； 以及 一加法電路耦合至上述第一及第二全波整流器，供累 加第一及第二全波整流器之輸出。 18.根據申請專利範圍第17項之電路，其中上述FET電阻

   本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁)

   經濟部中央標準局負工消费合作社印装 A8 B8 C8 -一 —__ D8 '申請專利範圍 器包含： 串礴耦合之第七FET (場效應電晶體）及第八FET ; 、串聨耦合之第九FET及第十FET; • 一第十一FET及一第十二FET，並聯耦合在第七FET輿 第九FET之閘之間； 一偏壓電壓，耦合至第八FET及第十FET之閘； 第十一 FET之閘耦合至第八FET溝道之端子； 第十二FET之閘耦合至第十FET溝道之端子；以及 第七FET之閘及第九fh：t之閑使用作爲重阻器端子。 19.根據申請專利範園第18項之電路，另包含一编合至加 法曹路之電流鏡電珞，其中提供一舆加珐書丛出 比例之電流作爲自電洗鏡電路之輪出。 2p.根據申請專利範園第19項之電路，另包含一耦合至電 流鏡電路之輸出之低通濾波器。 21.根據申請專利範团第2〇項之電路，集積在單一晶片上 之電路。 25

   本紙張又度適用中國國家榡準（CNS ) A4规格（210X297公釐）