检测电路和检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模拟电路技术领域，具体涉及一种检测电路和检测方法。
【背景技术】
[0002]MEMS传感器以其体积小、重量轻、抗机械振动及温度变化能力强、抗电磁干扰性能优越等许多优点越来越广泛地应用于工业、声学、医疗、军事、石油探测等许多领域，特别在移动通信领域，MEMS传感器已成为智能手机的标配。
[0003]现有的MEMS传感器的输出信号检测电路先用放大器将信号放大，然后通过模数转换器(Analog to Digital Converter, ADC)进行模数转换，最后用数字滤波器对模数转换器输出的数字值进行滤波。MEMS传感器的输出信号检测电路主要有三种架构:电荷放大器加逐次逼近模数转换器和数字滤波器，电压信号放大器加过采样模数转换器和数字滤波器，电压信号放大器加逐次逼近模数转换器和数字滤波器。
[0004]现有技术的检测电路结构中，由于放大器需要驱动模数转换器，所以放大器的带宽会受到限制。这样，放大器的噪声和MEMS传感器输出本身的噪声都是通过数字滤波器进行滤波的。这样为降低噪声就必须降低数字滤波器的带宽，无论是增加ADC的采样次数还是降低ADC的采样时钟频率来降低数字滤波器的带宽，都会以增加前端电路的功耗为代价。通常这些电路能达到16bit的精度，如果继续提高精度，代价会比较大，存在着优化性能与功耗之间的矛盾。
[0005]因此期望MEMS传感器的输出信号的检测电路能够提供高的信噪比。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提出一种检测电路，用于检测电压信号，例如MEMS传感器的微弱输出信号。
[0007]根据本发明的一个方面，本发明提出的检测电路包括:电压信号放大器，用于放大所述电压信号，以生成放大信号；驱动电路，用于调整所述放大信号的增益、带宽，以生成驱动信号；过采样模数转换器，用于在第一时序信号的控制下以第一频率对所述驱动信号进行采样、量化，以生成数字信号；数字滤波器，用于对所述数字信号进行滤波；其中，所述放大信号不包含所述电压信号中的噪声，所述驱动信号与所述过采样模数转换器匹配。
[0008]优选地，所述检测电路还包括:第一斩波电路，设置在所述电压信号放大器之前，用于在第二时序信号的控制下对所述电压信号进行斩波；第二斩波电路，设置在所述驱动电路和所述过采样模数转换器之间，用于在第二时序信号的控制下对所述驱动信号进行斩波。
[0009]优选地，所述第一频率大于所述驱动信号的频率的两倍。
[0010]优选地，所述第二时序信号包括交替且时间相等的第一相位和第二相位。
[0011]优选地，所述第一斩波电路在所述第二时序信号为第一相位时，将输入信号直接输出；所述第一斩波电路在所述第二时序信号为第二相位时，将输出信号设置为同输入反相；所述第二斩波电路在所述第二时序信号为第一相位时，将输入信号直接输出；所述第二斩波电路在所述第二时序信号为第二相位时，将输出信号设置为同输入信号反相。
[0012]优选地，所述过采样模数转换器在第一时序信号的控制下，在所述第一相位和第二相位切换后的建立时间内不工作或丢弃输出的数字信号。
[0013]优选地，所述第一时序信号的周期为所述第二时序信号的周期的一半，所述第一时序信号的周期包括依次的建立时间和工作时间，其中所述工作时间的长度为所述过采样模数转换器的采样周期的整数倍。
[0014]优选地，所述工作时间的长度为所述过采样模数转换器的采样周期的2"倍。
[0015]优选地，所述建立时间根据所述电压信号放大器的带宽确定，且所述建立时间大于所述过采样模数转换器的采样周期，小于所述工作时间。
[0016]优选地，在所述建立时间内，所述过采样模数转换器同所述数字滤波器断开；在所述工作时间内，所述过采样模数转换器同所述数字滤波器连接。
[0017]根据本发明的另一个方面，一种检测方法，用于检测电压信号，所述检测方法包括:放大所述电压信号并滤除所述电压信号的噪声，以生成放大信号；调整所述放大信号的带宽，以生成驱动信号；在第一时序信号的控制下以第一频率对所述驱动信号进行采样、量化，以生成数字信号；用于对所述数字信号进行滤波；其中，所述驱动信号的带宽与第一频率匹配。
[0018]优选地，所述检测方法还包括:在电压信号被放大、滤波之前，根据第二时序信号对电压信号进行斩波；以及在采样、量化之前，根据第二时序信号对对驱动信号进行斩波。
[0019]优选地，所述第一频率大于所述驱动信号的频率的两倍。
[0020]优选地，所述第二时序信号包括交替且时间相等的第一相位和第二相位。
[0021]优选地，根据第二时序信号进行斩波包括:在所述第二时序信号为第一相位时，将输入信号直接输出；在所述第二时序信号为第二相位时，将输出信号设置为同输入信号反相。
[0022]优选地，所述第一时序信号的周期为所述第二时序信号的一半，所述第一时序信号的周期包括依次的建立时间和工作时间，在建立时间内不对驱动信号采样、量化或丢弃经采样、量化生成的数字信号；在工作时间内，对驱动信号进行整数次采样、量化。
[0023]优选地，在工作时间内，对驱动信号进行2n次采样、量化。
[0024]优选地，建立时间大于进行采样、量化的采样周期，小于所述工作时间。
[0025]通过驱动电路为电压信号放大器产生的放大信号进行增益和带宽调制，使得电压信号放大器的带宽不需要匹配过采样模数转换器，电压信号放大器用作滤波器来滤除MEMS传感器输出信号的噪声，不需要降低数字滤波器的带宽，提高了系统的信噪比，改善了电路性能。
【附图说明】
[0026]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0027]图1为根据本发明第一实施例的检测电路的结构图；
[0028]图2为根据本发明第二实施例的检测电路的结构图；
[0029]图3为根据本发明第二实施例的检测电路的斩波电路的输入输出波形图；
[0030]图4为根据本发明第二实施例的检测电路的工作时序图；以及
[0031]图5为根据本发明第三实施例的检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0033]MEMS传感器的输出信号十分微弱，通常只有几毫伏，有的甚至是微伏级的，而且还带有噪声；此时的信号质量是非常差的，信噪比很低。检测电路的任务是对MEMS传感器的输出信号进行放大、滤波、再进行模数转换，最后通过数字滤波器得到高信噪比的输出信号。
[0034]图1为根据本发明第一实施例的检测电路的结构图，检测电路100包括:电压信号放大器101、驱动电路102、过采样模数转换器103以及数字滤波器104。检测电路100用于检测MEMS传感器300的输出