一种陀螺仪传感器控制电路和电子装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器技术，具体而言涉及一种陀螺仪传感器控制电路和电子装置。
【背景技术】
[0002] 随着技术的进步，陀螺仪传感器已经被广泛运用于手机等移动便携设备上。陀螺 仪（Gyro-scope)传感器的原理是利用科里奥力（Coriolis)检测和测量角速度。MEMS三轴 陀螺仪通过在水平X方向施加振荡电压来迫使电容板水平方向振荡，水平Y方向的科里奥 利运动带来电容变化，科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。通 过在水平X方向和Y方向同时施加振荡电压迫使电容板与水平相垂直的方向振荡，再利用 利用科里奥力检测水平方向的电容变化，得到对应的角速度。水平方向的谐振频率和垂直 水平方向的谐振频率不同，当水平方向的振荡没有完全停止时，就垂直水平振荡电容板，则 会在科里奥力中检测到含有垂直水平振荡的频率和残余的水平振荡的频率两个频率。只有 去除这部分残余的水平振荡的频率才可以得到真正的角速度。
[0003] 传统的陀螺仪传感器控制电路(主要指陀螺仪传感器模拟前端）如图1所示，包括 选通电路101、电荷放大电路102、混频电路(也称混频器）103、锁相环电路1031、低通滤波 器104、模数转换电路（ADC)105和数字滤波器106。其工作原理为：采用选通电路101选择 陀螺仪传感器的某一个轴（X轴、Y轴或Z轴）的感应电荷，通过电荷放大电路102将电荷变 化转化为电压信号，通过混频电路103把调制到高频的角速度信号搬到低频，低频的角速 度信号经过低通滤波器104后输出到模数转换电路105,模数转换电路105输出的数字信号 一般还需要输入到数字滤波器106进行数字滤波处理。其中，传感器的残余信号依靠混频 电路103和低通滤波器105去除。混频电路103所用的本振时钟通常由锁相环电路1031 提供。
[0004] 在现有技术中，混频电路103是将调制到高频的角速度信号不失真的搬移到低 频，与角速度混频的时钟由锁相环电路1031产生。锁相环电路1031中的低通滤波器使用 的电容值较大，很难片内集成，需要外接，因而成本较高。角速度信号幅度很小，对混频电路 103本身的噪声和线性要求很高，导致混频电路103的设计难度较大。低通滤波器104用于 滤除低频信号中的传感器残余信号和噪声，通常使用连续的有源滤波电路。而连续的有源 滤波电路需要使用放大器，不仅消耗很大电流，而且由于放大器本身的非线性，往往会导致 信号失真。并且，经过滤波电路的信号直接输出到模数转换电路，由于信号本身很小，很容 易被干扰，一般需要放大处理。传统的电阻比例放大电路和开关电容比例放大电路都会在 放大信号的同时放大噪声信号，尤其是放大器本身的低频噪声（1/f噪声)和热噪声，所以放 大的信号信噪比下降，后面在恢复信号时难度增加。
[0005] 由此可见，现有的陀螺仪传感器控制电路，存在如下技术问题：当陀螺仪传感器水 平方向振荡没完全停止时，会造成垂直振荡检测到的角速度含有水平方向的频率残余；而 采用混频电路103去除传感器的残余信号，需要产生时钟电路的锁相环电路和外接电阻电 容，导致电路整体上存在面积大、功耗大以及成本高等问题。混频电路103本身的器件噪声 和热噪声会对角速度信号造成影响，导致信噪比下降。此外，低通滤波器104的带宽容易受 工艺变化的影响，并随工作电压和温度的变化而变化。为解决上述问题，本发明提出一种新 的陀螺仪传感器控制电路。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种传感器控制电路和使用该传感器控制电路 的电子装置。
[0007] 本发明实施例一提供一种陀螺仪传感器控制电路，包括选通电路、电荷放大电路、 积分器电路和模数转换电路，其中，所述选通电路的输入端与陀螺仪传感器的输出端相连， 所述选通电路的输出端与所述电荷放大电路的输入端相连，所述电荷放大电路的输出端与 所述积分器电路的输入端相连，所述积分器电路的输出端与所述模数转换电路的输入端相 连。
[0008] 可选地，所述积分器电路为可控增益的开关电容型积分器电路。
[0009] 可选地，所述开关电容型积分器电路包括主放大器，还包括连接于所述主放大器 的输入端与输出端之间的用于减小低频噪声以及所述主放大器的输入失调电压的斩波电 路。
[0010] 可选地，所述斩波电路的时钟与所述陀螺仪传感器的检测信号同频同相。
[0011] 其中，所述积分器电路的放大倍数由所述积分器电路的时钟周期决定。
[0012] 可选地，所述陀螺仪传感器控制电路还包括用于给所述陀螺仪传感器提供驱动信 号的直接数字式频率合成器。
[0013] 其中，所述直接数字式频率合成器包括频率控制寄存器、相位累加器和正弦计算 器。
[0014] 可选地，所述直接数字式频率合成器提供的所述驱动信号为正弦波。
[0015] 可选地，所述陀螺仪传感器的驱动信号为正弦波，所述陀螺仪传感器输出的角速 度信号为与所述驱动信号同频同相的正弦波，连接到所述积分器电路的正负端的控制信号 为与所述角速度信号同步的方波，所述陀螺仪传感器控制电路通过所述控制信号对输入所 述积分器电路的信号进行如下控制：当所述角速度信号的正弦相位大于零度而小于180度 时，将所述角速度信号正向连接到所述积分器电路的输入端；当所述角速度信号的正弦相 位大于180度而小于360度时，将所述角速度信号反转后反向连接到所述积分器电路的输 入端。
[0016] 本发明实施例二提供一种电子装置，包括如上所述的陀螺仪传感器控制电路。
[0017] 本发明的陀螺仪传感器控制电路，通过采用积分器电路代替现有技术中的混频电 路、锁相环电路和低通滤波器，节省了电路面积，降低了电路功耗，并提高了系统信噪比。本 发明的电子装置，使用了该陀螺仪传感器控制电路，同样具有上述优点。
【附图说明】
[0018] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
[0019] 附图中：
[0020] 图1为现有技术中的一种陀螺仪传感器控制电路的原理图；
[0021] 图2为本发明实施例一的陀螺仪传感器控制电路的原理图；
[0022] 图3为本发明实施例一的陀螺仪传感器控制电路对角速度信号进行整形的原理 图；
[0023]图4为本发明实施例一的陀螺仪传感器控制电路对残余信号进行整形的原理图；
[0024] 图5为本发明实施例一的陀螺仪传感器控制电路的传感器残余信号去除的原理 图；
[0025]图6为本发明实施例一的陀螺仪传感器控制电路中的积分器电路的一种电路图；
[0026] 图7为图6所示的电路中的斩波电路的一种电路图。
【具体实施方式】
[0027] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。
[0028]应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的 实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给 本领域技术人员。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
[0029]在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使 用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出 另外的方式。还应明白术语"组成"和/或"包括"，当在该说明书中使用时，确定所述特征、 整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操 作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任 何及所有组合。
[0030]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便 阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本 发明还可以具有其他实施方式。
[0031] 实施例一
[0032] 下面，参照图2至图7来描述本发明实施例的传感器控制电路。其中，图2为本发 明实施例一的陀螺仪传感器控制电路的原理图；图3为本发明实施例一的陀螺仪传感器控 制电路对角速度信号进行整形的原理图；图4为本发明实施例一的陀螺仪传感器控制电路 对残余信号进行整形的