移相器电路和MEMS陀螺仪制造技术

技术编号:14433529 阅读:144 留言:0更新日期:2017-01-14 11:05
为了降低能量消耗和占据面积,本公开提供九十度移相器电路和MEMS陀螺仪。其执行在输入频率(fz)处的具有相同的输入频率(fz)的正弦输入信号(Vip,Vin)的九十度相位移动的移相器(10)设想有:连续时间全通滤波器级(12),其接收正弦输入信号并且生成输出信号(Vop;Von),输出信号(Vop;Von)在作为全通滤波器级(12)的RC时间常数的函数的相移频率(f90)处相位移动了90°;以及校准级(16),其耦合到全通滤波器级(12)并且生成用于全通滤波器级(12)的校准信号(Sc),使得相移频率(f90)等于正弦输入信号的输入频率(fz),而不管输入频率(fz)和/或RC时间常数的值相对于标称值的变化。实施例在电路资源方面支出有限并且能量消耗有限。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及移相器电路或者移相器,以及涉及用于提供九十度(π/2)相位移动的相对应的方法。
技术介绍
有多种应用要求在期望的频率值处的输入信号的九十度相位移动。例如,已知的是在MEMS(微机电系统)陀螺仪中,需要九十度相位移动来执行所谓的剩余正交误差的开环取消。在这种情况下,从在陀螺仪内生成的在给定输入频率fz处的正弦输入信号(所谓的“驱动器信号”)开始,将获得具有相对于输入信号的90°相位移动的输出信号。在已知的方法中,正交信号与微机械感测结构的驱动移动成比例,这与角速度感测信号不同,角速度感测信号代之以与感测移动成比例(为科里奥利力的函数)。正交信号可以具有显著大于感测信号的幅值,并且因此将被去除。在感测信号和正交信号之间的相位移动为90°(考虑两个移动为相互垂直)。结果是,正交信号可以利用相敏取消有效地去除。由于在取消正交信号中甚至小的相位误差可能产生显著的误差,需要获得高精度的九十度相位移动。对于进一步的细节,可以例如参照论文:“OpenloopcompensationofthequadratureerrorinMEMSvibratinggyroscopes”,R.Antonello,R.Oboe,L.Prandi,C.Caminada,和F.Biganzoli,IECON'09,35thAnnualConferenceofIndustrialElectronics,2009。此外还可能在输入频率fz的值例如由于环境条件的改变(关于温度、压力、机械应力或其他因素)和/或由于制造工艺中的变化而与设计值不同的情况下要求保持九十度相位移动。再次,这个要求适用于MEMS陀螺仪的情况,其中前述的正弦输入信号的输入频率fz可能例如由于电源电压值、环境条件或者制造工艺的改变而经历变化。如图1所图示的,可能由此要求随着输入频率fz的值相对于标称或者典型值fz_typ在最小值fz_min和最大值fz_max之间的变化,而保持精确的90°相位移动。用于获得所期望的相位移动的已知的解决方案通常设想利用锁相环(PLL),其设计为锁定到正弦输入信号的输入频率fz并且生成具有跟随着前述的输入频率fz的频率fck的适当的时钟信号,以及一个或多个具有由相同的时钟信号确定的截止频率的开关电容器滤波级。通过示例的方式,图2a图示了已知类型的移相器电路,整体由1指代。移相器电路1包括第一低通滤波级2和第二低通滤波级4,其彼此级联并且接收具有输入频率fz的正弦信号:A·sin(ωzt)。特别地,第一低通滤波级2和第二低通滤波级4二者具有开关电容器(SC)类型。移相器电路1进一步包括PLL级5,其在其输入处接收正弦信号并且生成与相同的正弦信号同步的时钟信号,时钟信号在锁定到输入频率fz的时钟频率fck处,例如等于输入频率fz的N倍:fck=N·fz。考虑每个低通滤波级2、4相对于相对应的截止频率的相位移动等于45°(π/4),对于这个截止频率而言等于输入频率fz足以在输出处获得所期望的九十度相位移动。在开关电容器滤波级中,截止频率可以精确地设置,以至于其仅仅依赖于对开关进行调节的时钟频率fck以及依赖于内部电容比值。特别地,如果输入频率fz例如由于环境条件的改变而变化,同样地时钟频率fck以及结果是低通滤波级2、低通滤波级4的截止频率相应地变化,因此这个解决方案能够准确地跟随输入频率fz的可能的变化。图2b示出了再次用1指代的移相器电路的进一步的已知解决方案,其与参照图2a描述的解决方案的区别在于其包括再次开关电容器类型的单一带通滤波级8。同样在这种情况下,PLL级5以这样一种方式生成锁定到输入频率fz的时钟频率fck,即带通滤波级8的中心频率等于输入频率fz,在该处获得期望的九十度相位移动。所描述的两种解决方案,虽然以独立于输入频率fz的可能变化的方式实现了获得期望的九十度相位移动,却具有涉及了相当大的占据面积和相当大的电功率消耗的缺点,特别是由于PLL级5和两个运算放大器(为了获得低通滤波级2、低通滤波级4或者带通滤波级8)的存在。
技术实现思路
因此上面已知的解决方案在其中期望降低能量消耗和占据面积的情况下(例如,在便携式应用中,诸如在智能电话、平板电脑或者例如智能手表的可穿戴电子设备中)可能不可用。因此本公开的目的在于克服已知解决方案的问题,并且特别地提供用于获得输入信号的九十度相位移动的解决方案,其中在电路资源方面支出有限并且能量消耗有限。因此,根据本公开,提供了移相器电路和相对应的相位移动方法。根据本公开的第一方面,提供移相器电路,其被设计为提供在输入频率fz处的具有输入频率fz的正弦输入信号Vip、Vin的九十度相位移动,其特征在于包括:连续时间全通滤波器级,被配置为接收正弦输入信号并且生成输出信号Vop、Von,输出信号在作为全通滤波器级的RC时间常数的函数的相移频率f90处相位移动了90°;以及校准级,其耦合到全通滤波器级并且被配置为生成用于全通滤波器级的校准信号Sc,使得相移频率f90等于正弦输入信号的输入频率fz,而不管输入频率fz和/或RC时间常数的值相对于标称值的变化。根据第一方面的实施例,全通滤波器级包括确定RC时间常数的至少一个可变电容元件;其中校准信号Sc被设计为改变可变电容元件的电容C的值。根据第一方面的实施例,全通滤波器级包括完全差分运算放大器,完全差分运算放大器具有第一差分输入端子和第二差分输入端子、以及第一差分输出端子和第二差分输出端子;第一差分输入端子经由第一增益电阻器连接到移相器电路的第一输入,第一输入接收正弦输入信号Vip,并且第一差分输入端子经由第一可变电容器和第一电阻器的串联连接而连接到移相器电路的第二输入,第二输入接收负的正弦输入信号Vin;并且第二差分输入端子经由第二增益电阻器连接到移相器电路的第二输入,并且经由第二可变电容器和第二电阻器的串联连接而连接到移相器电路的第一输入;第一差分输入端子此外经由第三增益电阻器连接到第一差分输出端子,并且第二差分输入端子此外经由第四增益电阻器连接到第二差分输出端子;其中第一可变电容器和第二可变电容器具有相同的可变电容C的值,并且第一电阻器和第二电阻器具有相同的第一电阻R的值,可变电容C的值和第一电阻R的值确定RC时间常数;并且其中第一增益电阻器和第二增益电阻器具有相同的第二电阻2R的值,其等于第一电阻器和第二电阻器的第一电阻R的值的两倍。根据第一方面的实施例,电路进一步包括比较器级,其被设计为接收正弦输入信号Vip、Vin并且生成具有输入频率fz的方波定时信号St;其中校准级被配置为接收定时信号St并且基于定时信号St生成校准信号Sc。根据第一方面的实施例,校准级包括由具有可变电容C的电容器和具有自有第一电阻R的电阻器所形成的RC群组,电容器和电阻器限定了具有对应于RC时间常数的值的相应时间常数;其中校准信号Sc被配置为改变RC群组的电容器的可变电容C的值,使得相应时间常数具有与定时信号St的周期Tz的期望的对应关系。根据第一方面的实施例,校准级包括:开关元件,能够操作为确定在定时信号St的第一边沿处RC群组的电容器的脉冲放电;比较器,被配置为将在接下来的以时间常数将电容器充电到参考电压VREF期间的电容器的充电电压VN与本文档来自技高网
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<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/61/201620241850.html" title="移相器电路和MEMS陀螺仪原文来自X技术">移相器电路和MEMS陀螺仪</a>

【技术保护点】
一种移相器电路(10),被设计为提供在输入频率(fz)处的具有所述输入频率(fz)的正弦输入信号(Vip,Vin)的九十度相位移动,其特征在于包括:连续时间全通滤波器级(12),被配置为接收所述正弦输入信号并且生成输出信号(Vop;Von),所述输出信号在作为所述全通滤波器级(12)的RC时间常数的函数的相移频率(f90)处相位移动了90°;以及校准级(16),其耦合到所述全通滤波器级(12)并且被配置为生成用于所述全通滤波器级(12)的校准信号(Sc),使得所述相移频率(f90)等于所述正弦输入信号的所述输入频率(fz),而不管所述输入频率(fz)和/或所述RC时间常数的值相对于标称值的变化。

【技术特征摘要】
2015.07.15 IT 1020150000346331.一种移相器电路(10),被设计为提供在输入频率(fz)处的具有所述输入频率(fz)的正弦输入信号(Vip,Vin)的九十度相位移动,其特征在于包括:连续时间全通滤波器级(12),被配置为接收所述正弦输入信号并且生成输出信号(Vop;Von),所述输出信号在作为所述全通滤波器级(12)的RC时间常数的函数的相移频率(f90)处相位移动了90°;以及校准级(16),其耦合到所述全通滤波器级(12)并且被配置为生成用于所述全通滤波器级(12)的校准信号(Sc),使得所述相移频率(f90)等于所述正弦输入信号的所述输入频率(fz),而不管所述输入频率(fz)和/或所述RC时间常数的值相对于标称值的变化。2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述全通滤波器级(12)包括确定所述RC时间常数的至少一个可变电容元件(25,27);其中所述校准信号(Sc)被设计为改变所述可变电容元件的电容(C)的值。3.根据权利要求1或2所述的电路,其特征在于,所述全通滤波器级(12)包括完全差分运算放大器(20),所述完全差分运算放大器(20)具有第一差分输入端子(20a)和第二差分输入端子(20b)、以及第一差分输出端子(20c)和第二差分输出端子(20d);所述第一差分输入端子(20a)经由第一增益电阻器(22)连接到所述移相器电路(10)的第一输入(10a),所述第一输入(10a)接收正弦输入信号(Vip),并且所述第一差分输入端子(20a)经由第一可变电容器(25)和第一电阻器(24)的串联连接而连接到所述移相器电路(10)的第二输入(10b),所述第二输入(10b)接收负的正弦输入信号(Vin);并且所述第二差分输入端子(20b)经由第二增益电阻器(23)连接到所述移相器电路(10)的所述第二输入(10b),并且经由第二可变电容器(27)和第二电阻器(26)的串联连接而连接到所述移相器电路(10)的所述第一输入(10a);所述第一差分输入端子(20a)此外经由第三增益电阻器(28)连接到所述第一差分输出端子(20c),并且所述第二差分输入端子(20b)此外经由第四增益电阻器(28)连接到所述第二差分输出端子(20d);其中所述第一可变电容器(25)和所述第二可变电容器(27)具有相同的可变电容(C)的值,并且所述第一电阻器(24)和所述第二电阻器(26)具有相同的第一电阻(R)的值,所述可变电容(C)的值和所述第一电阻(R)的值确定所述RC时间常数;并且其中所述第一增益电阻器(22)和所述第二增益电阻器(23)具有相同的第二电阻(2R)的值,其等于所述第一电阻器(24)和所述第二电阻器(26)的第一电阻(R)的值的两倍。4.根据权利要求1或2所述的电路,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:G·尼科利尼R·莫达法里M·加巴里诺F·古安兹罗里
申请(专利权)人:意法半导体股份有限公司
类型:新型
国别省市:意大利;IT

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