一種陀螺儀傳感器控制電路和電子裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及傳感器技術，具體而言涉及一種陀螺儀傳感器控制電路和電子裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著技術的進步，陀螺儀傳感器已經被廣泛運用于手機等移動便攜設備上。陀螺 儀（Gyro-scope)傳感器的原理是利用科里奧力（Coriolis)檢測和測量角速度。MEMS三軸 陀螺儀通過在水平X方向施加振蕩電壓來迫使電容板水平方向振蕩，水平Y方向的科里奧 利運動帶來電容變化，科里奧利力正比于角速度，所以由電容的變化可以計算出角速度。通 過在水平X方向和Y方向同時施加振蕩電壓迫使電容板與水平相垂直的方向振蕩，再利用 利用科里奧力檢測水平方向的電容變化，得到對應的角速度。水平方向的諧振頻率和垂直 水平方向的諧振頻率不同，當水平方向的振蕩沒有完全停止時，就垂直水平振蕩電容板，則 會在科里奧力中檢測到含有垂直水平振蕩的頻率和殘余的水平振蕩的頻率兩個頻率。只有 去除這部分殘余的水平振蕩的頻率才可以得到真正的角速度。
[0003] 傳統的陀螺儀傳感器控制電路(主要指陀螺儀傳感器模擬前端）如圖1所示，包括 選通電路101、電荷放大電路102、混頻電路(也稱混頻器）103、鎖相環電路1031、低通濾波 器104、模數轉換電路（ADC)105和數字濾波器106。其工作原理為：采用選通電路101選擇 陀螺儀傳感器的某一個軸（X軸、Y軸或Z軸）的感應電荷，通過電荷放大電路102將電荷變 化轉化為電壓信號，通過混頻電路103把調制到高頻的角速度信號搬到低頻，低頻的角速 度信號經過低通濾波器104后輸出到模數轉換電路105,模數轉換電路105輸出的數字信號 一般還需要輸入到數字濾波器106進行數字濾波處理。其中，傳感器的殘余信號依靠混頻 電路103和低通濾波器105去除。混頻電路103所用的本振時鐘通常由鎖相環電路1031 提供。
[0004] 在現有技術中，混頻電路103是將調制到高頻的角速度信號不失真的搬移到低 頻，與角速度混頻的時鐘由鎖相環電路1031產生。鎖相環電路1031中的低通濾波器使用 的電容值較大，很難片內集成，需要外接，因而成本較高。角速度信號幅度很小，對混頻電路 103本身的噪聲和線性要求很高，導致混頻電路103的設計難度較大。低通濾波器104用于 濾除低頻信號中的傳感器殘余信號和噪聲，通常使用連續的有源濾波電路。而連續的有源 濾波電路需要使用放大器，不僅消耗很大電流，而且由于放大器本身的非線性，往往會導致 信號失真。并且，經過濾波電路的信號直接輸出到模數轉換電路，由于信號本身很小，很容 易被干擾，一般需要放大處理。傳統的電阻比例放大電路和開關電容比例放大電路都會在 放大信號的同時放大噪聲信號，尤其是放大器本身的低頻噪聲（1/f噪聲)和熱噪聲，所以放 大的信號信噪比下降，后面在恢復信號時難度增加。
[0005] 由此可見，現有的陀螺儀傳感器控制電路，存在如下技術問題：當陀螺儀傳感器水 平方向振蕩沒完全停止時，會造成垂直振蕩檢測到的角速度含有水平方向的頻率殘余；而 采用混頻電路103去除傳感器的殘余信號，需要產生時鐘電路的鎖相環電路和外接電阻電 容，導致電路整體上存在面積大、功耗大以及成本高等問題。混頻電路103本身的器件噪聲 和熱噪聲會對角速度信號造成影響，導致信噪比下降。此外，低通濾波器104的帶寬容易受 工藝變化的影響，并隨工作電壓和溫度的變化而變化。為解決上述問題，本發明提出一種新 的陀螺儀傳感器控制電路。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術的不足，本發明提供一種傳感器控制電路和使用該傳感器控制電路 的電子裝置。
[0007] 本發明實施例一提供一種陀螺儀傳感器控制電路，包括選通電路、電荷放大電路、 積分器電路和模數轉換電路，其中，所述選通電路的輸入端與陀螺儀傳感器的輸出端相連， 所述選通電路的輸出端與所述電荷放大電路的輸入端相連，所述電荷放大電路的輸出端與 所述積分器電路的輸入端相連，所述積分器電路的輸出端與所述模數轉換電路的輸入端相 連。
[0008] 可選地，所述積分器電路為可控增益的開關電容型積分器電路。
[0009] 可選地，所述開關電容型積分器電路包括主放大器，還包括連接于所述主放大器 的輸入端與輸出端之間的用于減小低頻噪聲以及所述主放大器的輸入失調電壓的斬波電 路。
[0010] 可選地，所述斬波電路的時鐘與所述陀螺儀傳感器的檢測信號同頻同相。
[0011] 其中，所述積分器電路的放大倍數由所述積分器電路的時鐘周期決定。
[0012] 可選地，所述陀螺儀傳感器控制電路還包括用于給所述陀螺儀傳感器提供驅動信 號的直接數字式頻率合成器。
[0013] 其中，所述直接數字式頻率合成器包括頻率控制寄存器、相位累加器和正弦計算 器。
[0014] 可選地，所述直接數字式頻率合成器提供的所述驅動信號為正弦波。
[0015] 可選地，所述陀螺儀傳感器的驅動信號為正弦波，所述陀螺儀傳感器輸出的角速 度信號為與所述驅動信號同頻同相的正弦波，連接到所述積分器電路的正負端的控制信號 為與所述角速度信號同步的方波，所述陀螺儀傳感器控制電路通過所述控制信號對輸入所 述積分器電路的信號進行如下控制：當所述角速度信號的正弦相位大于零度而小于180度 時，將所述角速度信號正向連接到所述積分器電路的輸入端；當所述角速度信號的正弦相 位大于180度而小于360度時，將所述角速度信號反轉后反向連接到所述積分器電路的輸 入端。
[0016] 本發明實施例二提供一種電子裝置，包括如上所述的陀螺儀傳感器控制電路。
[0017] 本發明的陀螺儀傳感器控制電路，通過采用積分器電路代替現有技術中的混頻電 路、鎖相環電路和低通濾波器，節省了電路面積，降低了電路功耗，并提高了系統信噪比。本 發明的電子裝置，使用了該陀螺儀傳感器控制電路，同樣具有上述優點。
【附圖說明】
[0018] 本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發 明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。
[0019] 附圖中：
[0020] 圖1為現有技術中的一種陀螺儀傳感器控制電路的原理圖；
[0021] 圖2為本發明實施例一的陀螺儀傳感器控制電路的原理圖；
[0022] 圖3為本發明實施例一的陀螺儀傳感器控制電路對角速度信號進行整形的原理 圖；
[0023]圖4為本發明實施例一的陀螺儀傳感器控制電路對殘余信號進行整形的原理圖；
[0024] 圖5為本發明實施例一的陀螺儀傳感器控制電路的傳感器殘余信號去除的原理 圖；
[0025]圖6為本發明實施例一的陀螺儀傳感器控制電路中的積分器電路的一種電路圖；
[0026] 圖7為圖6所示的電路中的斬波電路的一種電路圖。
【具體實施方式】
[0027] 在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然 而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以 實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進 行描述。
[0028]應當理解的是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的 實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發明的范圍完全地傳遞給 本領域技術人員。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。
[0029]在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發明的限制。在此使 用時，單數形式的"一"、"一個"和"所述/該"也意圖包括復數形式，除非上下文清楚指出 另外的方式。還應明白術語"組成"和/或"包括"，當在該說明書中使用時，確定所述特征、 整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數、步驟、操 作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語"和/或"包括相關所列項目的任 何及所有組合。
[0030]為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便 闡釋本發明的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本 發明還可以具有其他實施方式。
[0031] 實施例一
[0032] 下面，參照圖2至圖7來描述本發明實施例的傳感器控制電路。其中，圖2為本發 明實施例一的陀螺儀傳感器控制電路的原理圖；圖3為本發明實施例一的陀螺儀傳感器控 制電路對角速度信號進行整形的原理圖；圖4為本發明實施例一的陀螺儀傳感器控制電路 對殘余信號進行整形的