带通滤波电路以及mems陀螺仪驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于信号处理技术，具体地，涉及带通滤波电路W及MEMS巧螺仪驱动 电路。
【背景技术】
[0002] 微机电系统（Microelectromechanical Systems,简称MEM巧的应用领域越来越 广泛。在该些应用中，MEMS巧螺仪是一种重要的角速度传感器。
[0003] MEMS巧螺仪通常包括质量块W及沿着相互垂直的第一和第二方向分别设置在质 量块上的驱动梳齿电极和驱动检测梳齿电极。驱动梳齿电极沿着第一方向对质量块施加静 电力，使得质量块沿着第一方向谐振。在系统的运动存在着角速度时，由于科里奧效应产生 第二方向的作用力，质量块将沿着第二方向振动，导致驱动检测梳齿电极的电容变化。通过 检测电容变化值，就可W测量角速度的数值。
[0004] 在MEMS巧螺仪工作时，需要利用驱动电路使MEMS巧螺仪处于谐振状态。在驱动环 路的电路中，需要在电荷放大器模块之后设计一个带通滤波电路，用来滤除电荷放大器模 块的直流偏移、低频噪声和高频噪声，简化后续的相移电路W及低通滤波电路的设计难度。 带通滤波电路提供所合适的增益W及0°或者180° (即n )整数倍相位差W满足谐振要 求。
[0005] 在现有的MEMS巧螺仪驱动电路中，已经采用包括开关电容的带通滤波器。然而， 现有的带通滤波器使用两个或更多个运放，导致电路面积大、功耗和成本高，不能满足便携 式产品的需求。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种可W减小电路复杂度和面积的带通 滤波器W及MEMS巧螺仪驱动电路。
[0007] 根据本实用新型的第一方面，提供一种带通滤波电路，所述带通滤波电路接收输 入信号，并且提供滤除输入信号中带外噪声的有效带内输出信号，所述输入信号是第一频 率的周期信号按照第二频率fs采样获得的信号，所述第一频率是输入信号的包络信号的 频率f，第一频率小于第二频率，所述带通滤波电路包括；运算放大器，所述运算放大器具 有同相输入端、反相输入端和输出端；第一电容和第二开关，串联连接并且第一电容接收输 入信号；第一开关，连接在第一电容和第二开关的中间节点与共模电压之间；第二电容，连 接在第二开关和运算放大器的反相输入端之间；第H电容和第H开关，并联连接在运算放 大器的反相输入端与输出端之间；第四电容和第四开关，串联连接在运算放大器的反相输 入端与输出端之间；W及第五开关，连接在运算放大器的输出端与共模电压之间，其中，在 带通滤波电路的工作期间，第一至第五开关在多个时序时钟信号的控制下闭合或断开。
[0008] 优选地，所述带通滤波电路的工作周期、W及所述多个时序时钟信号各自的周期 与所述输入信号的采样周期相等。
[0009] 优选地，所述多个时序时钟信号包括第一时序时钟信号、第二时序时钟信号和第 二时序时钟f旨号。
[0010] 优选地，所述第一和第H开关受到第一时序时钟信号的控制，第二和第四开关受 到第二时序时钟信号的控制，第五开关受到第H时序时钟信号的控制。
[0011] 优选地，所述带通滤波电路的工作周期分为连续的第一至第H时间段，在第一时 间段内，第一和第H时序时钟信号为低电平，第二时序时钟信号为高电平，第二开关和第四 开关闭合，第一开关、第H开关和第五开关断开，输入信号对第一电容和第二电容充电，第 一电容和第二电容将变化的电荷转移到输出第H电容和第四电容上，由第一电容和第二电 容转移的电荷存储在第H电容和第四电容，第一电容和第二电容转移的电荷量等于此时输 出的总电荷与第四电容储存的上次电荷之差，此时产生输出信号，在第二时间段内，第一和 第H时序时钟信号变为高电平，第二时序时钟信号变为低电平，第二开关和第四开关断开， 第一开关、第H开关和第五开关闭合，第一电容复位到共模电压，第二电容存储上次采样输 入后的电荷量不变，第H电容短接，从而也被复位，第四电容储存上次的输出信号的电荷量 不变，输出端复位到共模电压，W及在第H时间段内，第一时序时钟信号保持高电平，第二 时序时钟信号保持低电平，第H时序时钟信号从高电平变为低电平，第一开关、第二开关、 第H开关、第四开关的状态也保持不变，第五开关断开，第一电容、第二电容、第H电容、第 四电容的状态不变，输出端与共模电压之间断开，但是输出端仍然经由第H开关短接至运 算放大器的反相输入端。
[0012] 优选地，所述带通滤波电路产生的相位差由第一频率、第二频率W及第一电容、第 二电容、第H电容和第四电容的电容值确定。
[0013] 优选地，所述带通滤波电路产生的相位差〇为：
【主权项】
1. 一种带通滤波电路，其特征在于，所述带通滤波电路接收输入信号，并且提供滤除输 入信号中带外噪声的有效带内输出信号，所述输入信号是第一频率的周期信号按照第二频 率f S采样获得的信号，所述第一频率是输入信号的包络信号的频率f，第一频率小于第二 频率，所述带通滤波电路包括： 运算放大器，所述运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端； 第一电容和第二开关，串联连接并且第一电容接收输入信号； 第一开关，连接在第一电容和第二开关的中间节点与共模电压之间； 第二电容，连接在第二开关和运算放大器的反相输入端之间； 第三电容和第三开关，并联连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间； 第四电容和第四开关，串联连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及 第五开关，连接在运算放大器的输出端与共模电压之间， 其中，在带通滤波电路的工作期间，第一至第五开关在多个时序时钟信号的控制下闭 合或断开。
2. 根据权利要求1所述的带通滤波电路，其特征在于，其特征在于，所述带通滤波电路 的工作周期、以及所述多个时序时钟信号各自的周期与所述输入信号的采样周期相等。
3. 根据权利要求2所述的带通滤波电路，其特征在于，所述多个时序时钟信号包括第 一时序时钟信号、第二时序时钟信号和第三时序时钟信号。
4. 根据权利要求3所述的带通滤波电路，其特征在于，所述第一和第三开关受到第一 时序时钟信号的控制，第二和第四开关受到第二时序时钟信号的控制，第五开关受到第三 时序时钟信号的控制。
5. 根据权利要求4所述的带通滤波电路，其特征在于，所述带通滤波电路的工作周期 分为连续的第一至第三时间段， 在第一时间段内，第一和第三时序时钟信号为低电平，第二时序时钟信号为高电平，第 二开关和第四开关闭合，第一开关、第三开关和第五开关断开，输入信号对第一电容和第二 电容充电，第一电容和第二电容将变化的电荷转移到输出第三电容和第四电容上，由第一 电容和第二电容转移的电荷存储在第三电容和第四电容，第一电容和第二电容转移的电荷 量等于此时输出的总电荷与第四电容储存的上次电荷之差，此时产生输出信号， 在第二时间段内，第一和第三时序时钟信号变为高电平，第二时序时钟信号变为低电 平，第二开关和第四开关断开，第一开关、第三开关和第五开关闭合，第一电容复位到共模 电压，第二电容存储上次采样输入后的电荷量不变，第三电容短接，从而也被复位，第四电 容储存上次的输出信号的电荷量不变，输出端复位到共模电压，以及 在第三时间段内，第一时序时钟信号保持高电平，第二时序时钟信号保持低电平，第三 时序时钟信号从高电平变为低电平，第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态也保 持不变，第五开关断开，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容的状态不变，输出端与共 模电压之间断开，但是输出端仍然经由第三开关短接至运算放大器的反相输入端。
6. 根据权利要求5所述的带通滤波电路，其特征在于，所述带通滤波电路产生的相位 差由第一频率、第二频率以及第一电容、第二电容、第三电容和第四电容的电容值确定。
7. 根据权利要求6所述的带通滤波电路，其特征在于，所述带通滤波电路产生的相位 差Φ为：
Ω为弧度，与第一频率f和第二频率fs的比值有关，f表示第一频率，fs表示第二频 率，Cl表示第一电容的电容值，C2表示第二电容的电容值，C3表示第三电容的电容值，C4 表示第四电容的电容值。
8. 根据权利要求7所述的带通滤波电路，其特征在于，所述带通滤波电路产生的相位 差为约180°。
9. 根据权利要求5所述的带通滤波电路，其特征在于，在所述带通滤波电路的工作周 期内，从第一电容和第二电容转移的电荷在Z域表为：
Cl表示第一电容的电容值，C2表示第二电容的电容值，C3表示第三电容的电容值，C4 表不第四电容的电容值，Vin(Z)表不的是Z域输入信号，Vq(Z)表不的是Z域输出信号。
10. 根据权利要求5所述的带通滤波电路，其特征在于，Z域传递函数表示为：
Cl表示第一电容的电容值，C2表示第二电容的电容值，C3表示第三电容的电容值，C4 表示第四电容的电容值。
11. 根据权利要求5所述的带