[发明专利]相移电路及其控制方法、以及MEMS陀螺仪驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术，更具体地，涉及相移电路及其控制方法、以及MEMS陀螺仪驱动电路。

背景技术

微机电系统(Microelectromechanical Systems，简称MEMS)的应用领域越来越广泛。在这些应用中，MEMS陀螺仪是一种重要的角速度传感器。

MEMS陀螺仪通常包括质量块以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，由于科里奥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，就可以测量角速度的数值。

在MEMS陀螺仪工作时，利用驱动电路使MEMS陀螺仪处于谐振状态。驱动电压在驱动梳齿电极上产生静电力，进一步转化成质量块的位移变化，该过程存在90°的相位差。然而，为了维持MEMS陀螺仪的谐振状态，整个陀螺仪驱动电路的相位需要满足0°或者360°(即2π)整数倍相位差的要求。因此，MEMS陀螺仪驱动电路需要利用相移电路调节驱动电压信号与机械谐振之间的相位差。

在现有的MEMS陀螺仪驱动电路中例如采用RC相移电路。然而，RC相移电路的电路面积大、功耗和成本高，相移大小容易受工艺制程影响，不能满足便携式产品的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可以减小电路复杂度、面积小、相移不受工艺制程偏移的相移电路及其控制方法。

根据本发明的一方面，提供一种相移电路，所述相移电路接收输入信号，并且产生相对于输入信号相移的输出信号，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，所述相移电路包括：

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；

第一输入电容，第一输入电容一端接收输入信号，另一端与第二开关、第三开关以及第三电容连接；

第二开关，连接在第一输入电容和运算放大器的反相输入端之间；

第三开关，连接在第一输入电容和第二开关的中间节点与共模电压之间；

第三电容和第五开关，串联连接在第一输入电容和第二开关的中间节点与运算放大器的输出端之间；

第四电容，连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

第四开关，连接在第三电容和第五开关的中间节点与共模电压之间，

其中，在相移电路的工作期间，第二至第五开关在第一和第二时序时钟信号的控制下闭合或断开。

优选地，所述相移电路的工作周期、以及所述第一和第二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。

优选地,所述第二和第五开关受到第二时序时钟信号的控制，第三和第四开关受到第一时序时钟信号的控制。

优选地，所述相移电路的工作周期分为连续的第一和第二时间段，

在第一时间段内，第一时序时钟信号为高电平，第二时序时钟信号为低电平，第三和第四开关闭合，第二和第五开关断开，第三和第四电容作为输出电容，在运算放大器的反相输入端，输入信号对第一输入电容充电，使得第一输入电容、第三开关组成的电路采样储存输入信号的电荷，第三电容复位至共模电压，第四电容储存上次的输出信号的电荷，使得输出端处于保持状态，

在第二时间段内，第一时序时钟信号从高电平变为低电平，第二从低电平变为高电平，第三和第四开关断开，第二和第五开关闭合，第一输入电容的连接第二开关的这一端被接到运算放大器的反相输入端，第一输入电容通过输入信号的共模电压和第二开关接运放反相输入端的虚地复位，第一输入电容将上次采样的输入信号的电荷全部释放出来，第一输入电容上的释放出来的电荷被转移到第三和第四电容，输出端输出新的值。

优选地，所述相移电路产生的相位差由第一频率、第二频率以及第三和第四电容的电容值确定。

优选地，所述相移电路产生的相位差Φ为：