一种硅谐振型传感器调理电路的制作方法

本发明属于集成电路设计，具体涉及一种硅谐振型传感器调理电路。

背景技术：

1、硅谐振型传感器在精度和稳定性等方面相比于其他类型的压力传感器有很大的优势，常用于对传感器性能要求很高的精密测量领域。硅谐振型传感器将检测到的压力变化转换成器件内部敏感结构的特定范围频率的变化，而敏感结构特定的频率变化则会被转化成电学信号输出。传感器的外部调理电路除了需要处理传感器输出的电学信号，还需要为谐振型传感器提供持续谐振的激励信号。因此，硅谐振传感器的调理电路指标直接影响整个传感器系统的性能和使用场景。

2、现有的硅谐振型传感器调理电路，为了获得高精度的传感器压力信号，都是使用分立器件搭建调理电路。采用分立器件设计的电路复杂、所需元器件数量多，整个电路容易受寄生电阻、电容和噪声的影响而难以实现快速、高精度、低成本测量，也不利于集成化和低功耗。

技术实现思路

1、为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种硅谐振型传感器调理电路，该电路包括：电流-电压转换电路、峰值检测电路、单位增益电路、比例积分微分电路、相位调节电路、全差分信号产生电路、增益可变放大器电路以及数字信号生成电路；所述电流-电压转换电路用于对输入的电流信号进行放大，并将放大后的电流信号转换为电压信号；所述峰值检测电路用于对电流-电压转换电路输出的电压信号进行峰值检测；所述单位增益电路用于电路中的前后级隔离；所述比例积分微分电路根据检测的峰值电压改变输出电压；所述相位调节电路用于对交流电压信号相位进行调节；所述全差分信号产生电路用于将单路电压信号变成全差分电压信号；所述增益可变放大器电路根据环路增益要求改变输出级放大器增益；所述数字信号生成电路用于生成数字方波信号。

2、本发明的有益效果：

3、本发明的电路通过比例积分微分电路的输入电压能够精准控制整个电路的增益；本发明的电路结构简单,集成度高，功耗低；本发明的电路工作频率范围宽，可以用于不同指标的谐振型传感器调理电路。本发明的电路用于自动调节谐振型传感器工作时谐振环路的增益，使得传感器时刻处于谐振状态，同时将传感器输出的电学信号转换为方便后续处理的高精度数字信号。

技术特征：

1.一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，包括：电流-电压转换电路、峰值检测电路、单位增益电路、比例积分微分电路、相位调节电路、全差分信号产生电路、增益可变放大器电路以及数字信号生成电路；所述电流-电压转换电路用于对输入的电流信号进行放大，并将放大后的电流信号转换为电压信号；所述峰值检测电路用于对电流-电压转换电路输出的电压信号进行峰值检测；所述单位增益电路用于电路中的前后级隔离；所述比例积分微分电路根据检测的峰值电压改变输出电压；所述相位调节电路用于对交流电压信号相位进行调节；所述全差分信号产生电路用于将单路电压信号变成全差分电压信号；所述增益可变放大器电路用于改变输出级放大器增益；所述数字信号生成电路用于生成数字方波信号。

2.根据权利要求1所述的一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，电流-电压转换电路包括：电阻r1、电容c1以及运算放大器op1；运算放大器op1的正输入端接入电压v1，op1的负输入端分别连接电容c1和电阻r1的一端；电阻r1和电容c1的另一端均连接op1的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，峰值检测电路包括：运算放大器op2、nmos管nm1、电流源idc以及电容c2；运算放大器op2的负输入端接电流-电压转换电路的输出，op2的正输入端分别连接电流源idc的负端、nm1的漏极、电容c2的一端以及单位增益电路，op2的输出端连接nm1的栅极；nm1的源极接地；电流源idc的正端接电源电压vdd；电容c2的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，单位增益电路为运算放大器op3，其中运算放大器op3的正输入端接峰值检测电路的输出端，op3的负输入端连接op3的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，比例积分微分电路包括两个电阻r5～r6、两个电容c4～c5以及运算放大器op5；电阻r5的一端接单位增益电路的输出端，电阻r5的另一端分别连接运算放大器op5的负输入端、电容c5的正端以及电阻r6的一端；电阻r6的另一端连接电容c4的正端；电容c4的负端和电容c5的负端均连接op5的输出端；op5的正输入端连接电压v2。

6.根据权利要求1所述的一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，相位调节电路包括：三个电阻r2～r4、电容c3以及运算放大器op4；电阻r2的一端分别接电流-电压转换电路的输出端和电阻r3的一端，电阻r2的另一端连接op4的正输入端和电容c3的正端；c3的负端接电压v1；电阻r3的另一端分别连接电阻r4的一端以及op4的负极输入端；电阻r4的另一端连接op4输出端。

7.根据权利要求1所述的一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，全差分信号产生电路包括：两个电阻r7～r8和一个运算放大器op6；电阻r7的的一端连接相位调节电路的输出端，电阻r7的另一端分别连接电阻r8的一端和op6的负输入端；op6的正输入端接入电压v1，op6的输出端连接电阻r8的另一端。

8.根据权利要求1所述的一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，增益可变放大器电路为运算放大器op7；运算放大器op7的负输入端连接全差分信号产生电路的输出端，op7的正输入端连接相位调节电路的输出端，op7的c端连接比例积分微分电路的输出端，op7的输出端作为硅谐振型传感器调理电路的激励信号vout1输出端。

9.根据权利要求1所述的一种硅谐振型传感器调理电路，其特征在于，数字信号生成电路包括比较器cmp1和输出缓冲电路outbuf；比较器cmp1的正输入端接全差分信号产生电路的输出，比较器cmp1的正端接相位调节电路的输出，输出缓冲电路outbuf的输入接比较器cmp1的输出，输出缓冲电路outbuf的输出端为数字方波信号的输出vout2。

技术总结一种硅谐振型传感器调理电路，包括：电流‑电压转换电路、峰值检测电路、单位增益电路、比例积分微分电路、相位调节电路、全差分信号产生电路、增益可变放大器电路、数字信号生成电路；电流‑电压转换电路用于对输入的电流信号进行放大；峰值检测电路对电流‑电压转换电路输出的电压信号进行峰值检测；单位增益电路用于电路中的前后级隔离；比例积分微分电路根据检测的峰值电压改变输出电压；相位调节电路对交流电压信号相位进行调节；全差分信号产生电路将单路电压信号变成全差分电压信号；增益可变放大器电路改变输出级放大器增益；数字信号生成电路生成数字方波信号；本发明的电路通过比例积分微分电路的输入电压精准控制整个电路的增益。技术研发人员：彭超,黄文刚,周亮,陶治颖受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十四研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/17