[发明专利]具有双采样结构的正余弦信号幅值计算电路

说明书

本发明公开了一种具有双采样结构的正余弦信号幅值计算电路，包括采样单元、平方计算单元、求和计算单元。所述采样单元将输入的正余弦电压信号分别转换为正余弦电流信号，并通过采样消除运算放大器的输入失调。所述平方计算单元对正余弦电流信号分别进行平方运算后利用求和计算单元进行求和，最终输出与该信号幅值平方呈线性关系的电压信号。整个幅值计算过程中，各单元对同一及晶体管进行采样保持，消除器件的随机失配。本发明在提取正余弦信号幅值信息的前提下，解决了现有幅值计算电路中晶体管随机失配较大，运算放大器输入失调无法消除的问题。

技术领域

本发明属于物理技术领域，更进一步涉及集成电路技术领域中的一种具有双采样结构的正余弦信号幅值计算电路。本发明利用采样单元、平方计算单元、求和计算单元计算正余弦信号幅值，可用于集成电路角度传感器中正余弦电压信号的幅值信息提取。

背景技术

正余弦信号幅值计算电路是集成电路角度传感器中实现角度信息提取的关键模块，它的作用是计算角度传感器磁体绕轴旋转时产生正余弦电压信号的幅值，方便其他模块提取角度信息以确定转子角速度或磁体旋转角度。传统运算放大器结构及电流镜结构的正余弦信号幅值计算电路可以实现幅值的计算功能，但运算放大器的输入失调和电流镜随机性误差会导致计算结果产生误差。为了角度传感器最终得到较精准的幅值信息和角度信息，正余弦信号幅值计算必须具有输入失配低、器件随机失配低等特点。

武汉华之洋科技有限公司在其申请的专利文献“一种基于感应同步器的角度编码器”(申请号201911194793.4，申请公布号CN109286181 A)中公开的一种角度编码器中包含了正余弦幅值误差调节电路。该正余弦幅值误差调节电路由运算放大器、幅值调节电路和电源滤波去耦电路组成。其中，电源滤波去耦电路用于滤除杂波信号，降低干扰。运算放大器和幅值调节电路共同作用，实现了正余弦信号幅值误差调节及正余弦信号幅值信息提取的功能。但是，该正余弦幅值误差调节电路仍然存在的不足之处是，由于运算放大器中晶体管存在的随机性失配导致晶体管阈值电压、尺寸和跨导参数存在偏差，影响输出电压。除此之外，运算放大器的输入失调电压也会导致幅值信息提取产生误差。

Song C,Chao H等人在其发表的论文“Signal acquisition and amplitudeextraction from high-frequency coupling sinusoidal signal”(期刊IEEEInternational Conference on InformationAutomation，发布年份2017)中公开了一种正弦信号的信号采集和幅值提取电路。该正弦信号的信号采集和幅值提取电路由驱动电路、感应线圈、运算放大器及采样电路、AD转换器构成。其中，驱动电路通过驱动一定频率的正弦激励信号使感应线圈识别信号的相关参数并发射电磁信号。得到的电磁信号经过运算放大器和采样电路，通过AD转换器实现目标参数计算，实现了信号采集和幅值提取的功能。但是，该正弦信号的信号采集和幅值提取电路存在的不足之处是，该电路同时也存在由于运算放大器输入失配电压无法消除，降低集成电路输出电压精度的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种具有双采样结构的正余弦信号幅值计算电路，用于解决现有技术存在的幅值计算电路晶体管随机失配较大，无法消除运算放大器输入失调的问题。

实现本发明目的的思路是：通过两个相同的双采样单元和平方计算单元分别将输入的正弦和余弦电压信号转化为电流信号，进行平方运算，其中双采样单元中的运算放大器和采样保持电路分别对正余弦电流信号进行两次采样运算，以此消除双采样单元中运算放大器输入端存在的失调电压。利用求和计算单元将平方运算后的正弦、余弦电流信号进行求和，得到正余弦电流信号的幅值。整个幅值计算过程中，各个电路单元在同一周期不同时间段利用开关和电容对同一个晶体管的栅端电压进行采样保持，以此消除在电路工作过程中产生的晶体管随机失配对整体集成电路输出电压精度的影响。