[发明专利]一种陀螺仪传感器控制电路和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术，具体而言涉及一种陀螺仪传感器控制电路和电子装置。

背景技术

随着技术的进步，陀螺仪传感器已经被广泛运用于手机等移动便携设备上。陀螺仪（Gyro-scope）传感器的原理是利用科里奥力（Coriolis）检测和测量角速度。MEMS三轴陀螺仪通过在水平X方向施加振荡电压来迫使电容板水平方向振荡，水平Y方向的科里奥利运动带来电容变化，科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。通过在水平X方向和Y方向同时施加振荡电压迫使电容板与水平相垂直的方向振荡，再利用利用科里奥力检测水平方向的电容变化，得到对应的角速度。水平方向的谐振频率和垂直水平方向的谐振频率不同，当水平方向的振荡没有完全停止时，就垂直水平振荡电容板，则会在科里奥力中检测到含有垂直水平振荡的频率和残余的水平振荡的频率两个频率。只有去除这部分残余的水平振荡的频率才可以得到真正的角速度。

传统的陀螺仪传感器控制电路（主要指陀螺仪传感器模拟前端）如图1所示，包括选通电路101、电荷放大电路102、混频电路（也称混频器）103、锁相环电路1031、低通滤波器104、模数转换电路（ADC）105和数字滤波器106。其工作原理为：采用选通电路101选择陀螺仪传感器的某一个轴（X轴、Y轴或Z轴）的感应电荷，通过电荷放大电路102将电荷变化转化为电压信号，通过混频电路103把调制到高频的角速度信号搬到低频，低频的角速度信号经过低通滤波器104后输出到模数转换电路105，模数转换电路105输出的数字信号一般还需要输入到数字滤波器106进行数字滤波处理。其中，传感器的残余信号依靠混频电路103和低通滤波器105去除。混频电路103所用的本振时钟通常由锁相环电路1031提供。

在现有技术中，混频电路103是将调制到高频的角速度信号不失真的搬移到低频，与角速度混频的时钟由锁相环电路1031产生。锁相环电路1031中的低通滤波器使用的电容值较大，很难片内集成，需要外接，因而成本较高。角速度信号幅度很小，对混频电路103本身的噪声和线性要求很高，导致混频电路103的设计难度较大。低通滤波器104用于滤除低频信号中的传感器残余信号和噪声，通常使用连续的有源滤波电路。而连续的有源滤波电路需要使用放大器，不仅消耗很大电流，而且由于放大器本身的非线性，往往会导致信号失真。并且，经过滤波电路的信号直接输出到模数转换电路，由于信号本身很小，很容易被干扰，一般需要放大处理。传统的电阻比例放大电路和开关电容比例放大电路都会在放大信号的同时放大噪声信号，尤其是放大器本身的低频噪声（1/f噪声）和热噪声，所以放大的信号信噪比下降，后面在恢复信号时难度增加。

由此可见，现有的陀螺仪传感器控制电路，存在如下技术问题：当陀螺仪传感器水平方向振荡没完全停止时，会造成垂直振荡检测到的角速度含有水平方向的频率残余；而采用混频电路103去除传感器的残余信号，需要产生时钟电路的锁相环电路和外接电阻电容，导致电路整体上存在面积大、功耗大以及成本高等问题。混频电路103本身的器件噪声和热噪声会对角速度信号造成影响，导致信噪比下降。此外，低通滤波器104的带宽容易受工艺变化的影响，并随工作电压和温度的变化而变化。为解决上述问题，本发明提出一种新的陀螺仪传感器控制电路。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种传感器控制电路和使用该传感器控制电路的电子装置。

本发明实施例一提供一种陀螺仪传感器控制电路，包括选通电路、电荷放大电路、积分器电路和模数转换电路，其中，所述选通电路的输入端与陀螺仪传感器的输出端相连，所述选通电路的输出端与所述电荷放大电路的输入端相连，所述电荷放大电路的输出端与所述积分器电路的输入端相连，所述积分器电路的输出端与所述模数转换电路的输入端相连。

可选地，所述积分器电路为可控增益的开关电容型积分器电路。

可选地，所述开关电容型积分器电路包括主放大器，还包括连接于所述主放大器的输入端与输出端之间的用于减小低频噪声以及所述主放大器的输入失调电压的斩波电路。

可选地，所述斩波电路的时钟与所述陀螺仪传感器的检测信号同频同相。

其中，所述积分器电路的放大倍数由所述积分器电路的时钟周期决定。

可选地，所述陀螺仪传感器控制电路还包括用于给所述陀螺仪传感器提供驱动信号的直接数字式频率合成器。

其中，所述直接数字式频率合成器包括频率控制寄存器、相位累加器和正弦计算器。