一种陀螺仪前置放大电路和电子装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种陀螺仪前置放大电路和电子装置。
【背景技术】
[0002]陀螺仪又称为角速度传感器，其测量的物理量是偏转及倾斜时的转动角速度。在手机上，仅使用加速度传感器无法测量或重构出完整的3D动作，只是因为加速度传感器只能检测轴向的线性动作，测不到转动的动作。陀螺仪则可以对转动以及偏转的动作做很好的测量，这样就可以精确分析判断出使用者的实际动作，进而根据这些动作对手机做相应的操作。目前，陀螺仪在消费类产品上，最成功的应用当属体感游戏手柄。游戏者只要手持该手柄，就可以通过自己的动作控制显示屏上的游戏视频，进行乒乓球、网球等运动类游戏，或者转动手柄，就可以玩驾车类的视频游戏。
[0003]在如图1所示的陀螺仪的现有前置放大电路中，微电子机械系统(MEMS) 100产生的电荷信号分别输入到由第一前置放大器1la和第一模数转换器102a构成的驱动回路以及由第二前置放大器1lb和第二模数转换器102b构成的检测回路(通常为科里奥利检测回路)，其中，第一前置放大器1la和第二前置放大器1lb将接收到的电荷信号转换为电压信号，第一模数转换器102a和第二模数转换器102b将接收自上述前置放大器输出的电压模拟信号转换为数字信号加以输出。由于陀螺仪的微电子机械系统100产生的角速度信号比较微弱，即电荷信号为fC级别的，因而，通过上述前置放大器Q=OV转换得到的电压信号是微伏级别的。如果不对上述前置放大器的输出信号(即电压信号)进行任何处理就直接传送至上述模数转换器，则要求上述前置放大器具有很低的噪声，进而造成上述前置放大器的设计难度显著增加。
[0004]在现有技术中，采用低噪声放大器作为上述前置放大器，以满足低噪声的要求。低噪声放大器的设计难度比较高，通常需要采用复杂的结构或者通过增大输入器件的尺寸来减小某些噪声对系统的影响。所述复杂的结构例如常规的双采样(CDS)自动归零电路结构和斩波稳定(CHS)自动归零电路结构:在如图2A所示的双采样自动归零电路结构中，包括一个差分放大器A，两个电容，两组开关Φ1和Φ2 ;在如图2B所示的斩波稳定自动归零电路结构中，包括一个全差分放大器A，分别设置在全差分放大器A的输入端和输出端的斩波电路20Ia和20Ib。前置放大器采用上述自动归零电路结构可以减小闪烁噪声的影响，但是需要提供系统时钟，会增加数字电路干扰模拟电路的风险，同时，电路结构复杂，也增加了版图的设计难度。而增大输入器件的尺寸，面积会增大，寄生电容也会增加；对于陀螺仪而言，角速度信号对应的电荷本身就比较微弱，通过上述前置放大器Q=C*V进行转换时，寄生电容太大会导致转换成的电压信号误差比较大，而且版图处理不好的话，会有数字大信号干扰模拟小信号的问题。
[0005]因此，需要设计一种全新的陀螺仪前置放大电路，以解决上述问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种陀螺仪前置放大电路，其特征在于，包括实现电荷信号到电压信号的转换的第一电路和实现对低频噪声的有效滤除的第三电路，所述第一电路的输出端与所述第三电路的输入端相连。
[0007]进一步，所述第一电路包括前置放大器，所述前置放大器为全差分放大器。
[0008]进一步，所述全差分放大器的输入端和输出端之间形成有两个由第一 RC网络构成的反馈回路，所述第一 RC网络在为所述全差分放大器的输入端提供直流工作点的同时，实现所述电荷信号到电压信号的转换的功能。
[0009]进一步，所述两个第一 RC网络由并联而成的电阻Rl和电容Cl以及并联而成的电阻R2和电容C2分别构成。
[0010]进一步，所述第三电路由高通滤波器构成。
[0011]进一步，所述高通滤波器为一阶模拟高通滤波器。
[0012]进一步，所述高通滤波器包括差分放大器，所述差分放大器的输入端和输出端之间形成有两个由第二 RC网络构成的反馈回路，所述差分放大器的第一输入端和第二输入端分别连接有第一串联结构和第二串联结构，所述第一串联结构由电阻R3和电容C3串联而成，所述第二串联结构由电阻R4和电容C4串联而成。
[0013]进一步，所述两个第二 RC网络由并联而成的电阻R5和补偿电容C5以及并联而成的电阻R6和补偿电容C6分别构成。
[0014]进一步，通过设置连接于所述差分放大器的输出端的电阻R5和R6与连接于所述差分放大器的输入端的电阻R3和R4的比例来实现期望的所述高通滤波器的增益。
[0015]进一步，根据所述陀螺仪的共振频率来设置所述高通滤波器的截止频率，以实现所述对低频噪声的有效滤除。
[0016]进一步，所述第一电路和所述第三电路之间还连接有实现对所述第一电路输出的电压信号进行运算的第二电路，所述第二电路由信号运算模块构成。
[0017]进一步，所述运算包括对所述电压信号的放大、加减或平衡。
[0018]进一步，所述低频噪声来自所述第一电路、所述第二电路或者周围环境。
[0019]本发明还提供一种电子装置，所述电子装置包括如上所述的陀螺仪前置放大电路。
[0020]根据本发明，使得陀螺仪的前置放大电路在没有采用低噪声前置放大器的情况下，仍然可以满足系统噪声的要求，极大地降低了陀螺仪前置放大电路的设计难度。
【附图说明】
[0021]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。
[0022]附图中:
[0023]图1为现有的陀螺仪前置放大电路的示意性框图；
[0024]图2A为现有的双采样自动归零电路结构的电路图；
[0025]图2B为现有的斩波稳定自动归零电路结构的电路图；
[0026]图3A为本发明提出的陀螺仪前置放大电路的示意性框图；
[0027]图3B为本发明提出的陀螺仪前置放大电路的电路图；
[0028]图3C为本发明提出的陀螺仪前置放大电路中的前置放大器的电路图；
[0029]图3D为本发明提出的陀螺仪前置放大电路中的高通滤波器的电路图。
【具体实施方式】
[0030]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。
[0031]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的陀螺仪前置放大电路和电子装置。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。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。
[0032]应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
[0033][示例性实施例]
[0034]为了解决现有的陀螺仪前置放大电路中采用的低噪声前置放大器的电路结构复杂，版图设计难度大的问题，本发明提出一种新型陀螺仪前置放大电路。
[0035]如图3A所示，本发明提出的新型陀螺仪前置放大电路包括三级电路:第一级电路301实现电荷信号到电压信号的转换；第二级电路302实现对第一级电路301输出的电压信号的运算，例如信号的放大、信号的加减和信号的平衡等；第三级电路303为高通滤波器，对低频噪声(低于7KHz的噪声)