[发明专利]一种陀螺仪信号检测处理电路

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种陀螺仪信号检测处理电路。

背景技术

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。

在如图1A所示的陀螺仪的现有信号检测处理电路中，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101a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101b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101a和第二前置放大器101b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。

在现有的陀螺仪信号检测中由于必须使用很大的电容和电阻，因此，常采用单端结构、多用分离器件的方式来实现对陀螺仪的信号检测处理。上述前置放大器的电路如图1B所示，包括一个单端输出的运算放大器103、反馈电阻Rf和反馈电容Cf。运算放大器103的“+”输入端连接至共模电平Vcom，反馈电阻Rf为运算放大器103提供直流工作点，反馈电容Cf实现电荷信号到电压信号的转换。反馈电阻Rf的阻值通常比较大，会占用很大部分芯片面积。对差分输出的传感器，需要用到多个单端输出的运算放大器，进一步增加所占用的芯片面积。

采用单端结构、多用分离器件的方式来实现对陀螺仪的信号检测处理的优点是可以对由不同传感器引入的偏差进行适当的调整，比较灵活；缺点是需要使用很多性能很好的分离元器件，占用芯片的面积很大，成本很高，对共模噪声要求也很高，比较容易受到周围环境的影响。由于不同传感器性能上会有差异，这样的电路板对不同的传感器，元器件参数的设置不能完全相同，对使用者的要求比较高。

因此，需要设计一种全新的陀螺仪信号检测处理电路，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种陀螺仪信号检测处理电路，其特征在于，包括并行排布的X通道检测处理电路、Y通道检测处理电路和Z通道检测处理电路，连接于所述X通道检测处理电路前端第一级输出与第二级输入之间的第一平衡电路(210)和第二平衡电路(211)，以及连接于所述Y通道检测处理电路前端第一级输出与第二级输入之间的第三平衡电路(212)和第四平衡电路(213)，通过对所述X通道和所述Y通道上的信号进行检测处理即可得到所述X、Y和Z三轴上的角速度信号。

进一步，所述X通道检测处理电路包括第一级第一前置放大器(204)，分别连接所述第一级第一前置放大器(204)的第一差分输出端和第二差分输出端的电阻R11和R12，连接于所述电阻R11和R12的另一端的第二级第一差分放大器(201)，连接于所述第二级第一差分放大器(201)的差分输出端的第三级第一滤波器(207)；所述Y通道检测处理电路包括第一级第四前置放大器(214)，分别连接所述第一级第四前置放大器(214)的第一差分输出端和第二差分输出端的电阻R21和R22，连接于所述电阻R21和R22的另一端的第二级第三差分放大器(203)，连接于所述第二级第三差分放大器(203)的差分输出端的第三级第三滤波器(209)；所述Z通道检测处理电路包括所述第一级第一前置放大器(204)、第一级第二前置放大器(205)、第一级第三前置放大器(206)和所述第一级第四前置放大器(214)，分别连接所述第一级第一前置放大器(204)的第一差分输出端和第二差分输出端的电阻R13和R17，分别连接所述第一级第二前置放大器(205)的第一差分输出端和第二差分输出端的电阻R14和R18，分别连接所述第一级第三前置放大器(206)的第一差分输出端和第二差分输出端的电阻R15和R19，分别连接所述第一级第四前置放大器(214)的第一差分输出端和第二差分输出端的电阻R16和R20，连接于所述电阻R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19和R20的另一端的第二级第二差分放大器(202)，连接于所述第二级第二差分放大器(202)的差分输出端的第三级第二滤波器(208)。