[发明专利]前置放大器、MEMS传感器读出电路以及MEMS传感器系统

说明书

本发明公开了一种前置放大器、MEMS传感器读出电路以及MEMS传感器系统，所述前置放大器包括第一运算放大器，所述第一运算放大器包括第一偏置电路，所述前置放大器还包括第一同步切换电流提供电路；所述第一同步切换电流提供电路用于向所述第一偏置电路提供第一偏置电流，所述第一偏置电流在所述读出电路工作于清零阶段的电流值小于所述第一偏置电流在所述读出电路工作于读出阶段的电流值。本发明提供的前置放大器、MEMS传感器读出电路以及MEMS传感器系统，保证所述读出电路具有低噪声的同时，降低所述读出电路的功耗，从而降低MEMS传感器系统的功耗，有效解决了MEMS传感器系统低功耗与低噪声的矛盾。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体涉及一种前置放大器、MEMS传感器读出电路以及MEMS传感器系统。

背景技术

在人工智能、大数据以及物联网的进一步发展之下，数据收集显得尤为重要，而与数据收集息息相关的传感器技术也得到了迅速发展。尤其是物联网的发展，使得传感器产品需求大幅度增加，重心也逐渐转向技术含量较高的微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical Systems)传感器领域。微机电系统是利用传统的半导体工艺和材料，集微传感器、微执行器、微机械机构、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统，具有小体积、低成本、集成化等优点。

图1是常见的MEMS传感器系统的结构示意图，所述MEMS传感器系统包括MEMS传感器11和读出电路。所述MEMS传感器11用于将压力、加速度以及流量等被测物理量转换为微弱的电信号输出，所述读出电路的一个工作周期可以划分为清零阶段和读出阶段两个工作阶段：工作于清零阶段时，所述读出电路对失调电压和输入端噪声进行存储；工作于读出阶段时，所述读出电路用于从读出信号中减掉所述失调电压和所述输入端噪声，读出与外界传感信号成比例的信号。所述读出电路通常包括前置放大器12和信号调理电路13：所述前置放大器12由第一运算放大器OPA1、第一偏置电流源Ib1以及一些其他元器件构成，用于对所述MEMS传感器11的输出信号进行放大处理；所述信号调理电路13由M个第二运算放大器OPA2、M个第二偏置电流源Ib2以及一些其他元器件构成，用于对所述前置放大器12的输出信号进行滤波和/或模数转换等处理，其中，所述第二运算放大器OPA2和所述第二偏置电流源Ib2一一对应，M为正整数。所述信号调理电路13可以是模拟电路，也可以是模数混合电路，通常包括由所述M个第二运算放大器OPA2和所述M个第二偏置电流源Ib2构成的比例微分器、积分器或者比例微分积分器等。

进一步，所述第一运算放大器OPA1和所述第二运算放大器OPA2通常包括偏置电路以及各级放大电路。在所述前置放大器12中，所述第一偏置电流源Ib1用于向所述第一运算放大器OPA1提供第一偏置电流，所述第一运算放大器OPA1中的第一偏置电路通过镜像等方式将所述第一偏置电流转换为保证所述第一运算放大器OPA1中的各级放大电路正常工作的电流；在所述信号调理电路13中，所述第二偏置电流源Ib2用于向对应的第二运算放大器OPA2提供第二偏置电流，所述第二运算放大器OPA2中的第二偏置电路通过镜像等方式将所述第二偏置电流转换为保证所述第二运算放大器OPA2中的各级放大电路正常工作的电流。

为了降低所述MEMS传感器系统的噪声，所述第一运算放大器OPA1中的输入级放大电路中的输入对管的尺寸需要设置得很大。而输入对管的尺寸设置得越大，所述MEMS传感器系统的功耗也会相应增大。因此，现有的MEMS传感器系统无法同时满足低功耗和低噪声的需求。特别是在MEMS传感器负载较大的情况下，低功耗与低噪声矛盾尤为突出。

发明内容

本发明所要解决的是现有的MEMS传感器系统无法同时满足低功耗和低噪声需求的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种前置放大器，应用于MEMS传感器读出电路，包括第一运算放大器，所述第一运算放大器包括第一偏置电路，所述前置放大器还包括第一同步切换电流提供电路；