[发明专利]一种石英晶体振荡驱动电路及其单片集成电路

说明书

本发明涉及一种石英晶体振荡驱动电路及其单片集成电路，其中，所述石英晶体振荡驱动电路由石英晶体、跨阻放大器、可变增益放大器和幅度检测单元构成。本发明中，跨阻放大器检测石英晶体一端的压电感应电流信号并转换为电压信号，再将该信号通过幅度检测单元来控制可变增益放大器的增益，最终使回路工作在稳幅正弦振荡状态；此外，前述石英晶体振荡驱动电路还可以适于进行单片集成，本发明的优点在于整体电路具有结构简单、体积小、功耗低以及适合标准CMOS工艺单片集成的优势。

技术领域

本发明涉及惯性传感领域，尤其是涉及一种石英音叉陀螺驱动电路，特别是一种石英晶体振荡驱动电路及其单片集成电路。

背景技术

石英陀螺是一种中等精度的角速度传感器，具有体积小、功耗低等优点，一般采用自激振荡方式实现激励驱动。

传统的激励驱动电路一般采用方波激励，优点是电路结构简单，缺点是谐波分量多干扰大，激励频率稳定性差。理想的激励驱动方式是正弦激励，电路提供临界增益，晶体刚好处于正弦振荡状态，具有最佳的频率稳定度，对其他电路的干扰也最小。

与通常时钟电路所用石英晶体相比，石英陀螺晶体品质因数较低，无法采用常见的单级放大器实现振荡。CN102624335A、CN1909360A提出了一种较为简单的晶体振荡电路，但是其振荡幅度和直流电平都主要由单MOS管来维持，针对Q值较低的石英陀螺可能出现难以起振的问题。

通常实现正弦波激励驱动的石英陀螺晶体振荡驱动电路架构如图1所示，前级跨阻放大器U1对石英晶体第一端输出的压电信号进行预放大，该信号再经过可变增益放大器U2进一步放大后反馈驱动晶体第二端。晶体振荡状态由回路信号增益决定，如果回路增益偏低，振荡幅度会越来越小，最终晶体无法振荡；如果回路增益偏高，振荡幅度会越来越大，最终进入限幅状态，无法实现正弦波振荡。通过幅度检测电路U3对回路信号幅度进行检测，并根据检测结果控制可变增益放大器增益，实现回路自动增益控制(AGC)，可以控制回路增益稳定在临界状态，实现正弦振荡。

专利US5047734A、US5185585A、US5487015A提出了正弦波晶体振荡驱动电路，但是具有电路结构复杂，体积大，功耗高，硬件要求高等缺点。CN103684262B针对这些缺点提出了一种基于模拟电路的正弦波石英晶体振荡器电路结构，具有电路结构简单，功耗低、体积小等优点，但是其可变增益放大器采用N沟道结型场效应管实现的受控电流源+通用运放实现，幅度检测电路采用二极管+通用运放的精密整流电流结构实现，电路结构仍相对复杂，且不便于采用标准CMOS工艺单片实现。本发明提出一种实现正弦波激励驱动的石英陀螺晶体振荡驱动电路架构，尤其给出详细的可变增益放大器和峰值检测电路结构，整体电路相比之前的专利具有电路简单、体积小、功耗低以及适合标准CMOS工艺单片集成的优势。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石英晶体振荡驱动电路及其单片集成电路，用于解决现有技术中石英晶体振荡驱动电路的电路结构相对复杂且不便于采用标准CMOS工艺单片实现的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种正弦波激励的石英晶体振荡驱动电路，包括石英晶体G1、跨阻放大器U1、可变增益放大器U2、幅度检测单元U3，所述跨阻放大器U1的输入端与所述石英晶体G1的第一端相连接，所述跨阻放大器U1的输出端与幅度检测单元U3的输入端相连接，所述跨阻放大器U1的输出端与所述可变增益放大器U2的第一输入端相连接，跨阻放大器U1、反向放大器U7、衰减网络U6依次相连，衰减网络U6与可变增益放大器U2的第二输入端相连接，所述幅度检测单元U3的输出端与所述可变增益放大器U2的增益控制输入端相连接，所述可变增益放大器U2的输出端与所述石英晶体G1的第二端相连接。