專利名稱：一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MEMS器件，具體說就是一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
對于高精度微型傳感器的驅(qū)動電路，特別是處于應(yīng)用主流的三端式以及環(huán)形磁通門傳感器，采用中心點接地的隔離變壓器驅(qū)動是比較好的選擇。該隔離變壓器一般都采用雙股并繞方式，輸出驅(qū)動信號的對稱性和穩(wěn)定性極高，基本不受電源電壓漂移和溫度變化的影響，很好的保證了磁通門傳感器的高性能。隔離變壓器驅(qū)動電路提供驅(qū)動信號到傳感器信號輸入端，因為變壓器的中心抽頭接地，因此，變壓器的兩輸出端轉(zhuǎn)換出的交流信號的幅度相等，相位相反。相互反相的信號提供給傳感器驅(qū)動端。如果交流信號漂移，例如，施加到傳感器驅(qū)動端的兩個驅(qū)動信號會變化相同的幅度，并且相位相反，所以隔離變壓器驅(qū)動傳感器能夠保持驅(qū)動信號的精確平衡。由于中心點接地的隔離變壓器輸出驅(qū)動信號不受電源電壓和溫度漂移的影響，因此在很多精確要求全差分驅(qū)動的傳感器中都得到了應(yīng)用。集成電路主要有兩種架構(gòu)可以實現(xiàn)類似隔離變壓器的反相驅(qū)動方式，第一種是級聯(lián)反相器，這種方式主要存在兩方面問題，首先是反相器的相移導(dǎo)致驅(qū)動信號的相位不是完全反相，其次對于阻性傳感器，特別是磁通門激勵線圈的阻抗一般都很低，在幾歐到幾十歐之間，對于反相器的驅(qū)動能力要求較高。因此，CMOS級聯(lián)反相器方案不適合磁通門驅(qū)動。 第二種架構(gòu)是采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)反相差分驅(qū)動功能，但是這種方式是直接將開關(guān)連接到正負電源上，無法抑制電源電壓的漂移以及溫度變化的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它是由驅(qū)動電路正電源單元、驅(qū)動電路負電源單元、 加法器、反相放大器、分壓電阻、緩沖器、積分器和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的，驅(qū)動電路正電源單元分別連接驅(qū)動電路負電源單元和加法器，驅(qū)動電路負電源單元連接分壓電阻和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，加法器連接反相放大器和積分器，反相放大器連接分壓電阻和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明還有以下技術(shù)特征(1)所述的驅(qū)動電路正電源單元包括電阻禮、電阻&和運算放大器0P1，電阻R1的一端與正電源Vrc相連，電阻R1和電阻&的連接端與運算放大器OPl的同相端相連，運算放大器OPl的反相端與運算放大器OPl的輸出相連。(2)所述的驅(qū)動電路負電源單元包括電阻R3、電阻R4和運算放大器0P2，電阻R4的一端與負電源Vss相連，電阻R3和電阻R4的連接端與運算放大器0P2的同相端相連，運算放大器0P2的反相端與運算放大器0P2的輸出相連。(3)所述的加法器包括電阻R5、電阻R6、電阻R7和運算放大器0P3，電阻R5、電阻& 和電阻R7的連接端與運算放大器0P3的同相端相連，運算放大器0P3的反相端接地，電阻 R6的一端與運算放大器0P3的輸出相連。
(4)所述的反相放大器包括電阻&、電阻&和運算放大器0P4，電阻&和電阻&的連接端與運算放大器0P4的同相端相連，運算放大器0P4的反相端接地，電阻&的一端Vp 與運算放大器0P4的輸出相連。(5)所述的分壓電阻由阻值相等的電阻Rltl和電阻R11構(gòu)成，電阻Rltl的一端Vp與反相放大器的輸出相連，Rltl和R11的連接端\與緩沖器相連，R11的另一端Vn與驅(qū)動電路負電源單元相連。(6)所述的緩沖器由運算放大器0P5構(gòu)成，運算放大器0P5的同相端與％相連，運算放大器0P5的反相端與運算放大器0P5的輸出相連，并連接至積分器。(7)所述的積分器由電阻R12、電容C1和運算放大器0P6構(gòu)成，電阻R12和電容C1的連接端與運算放大器0P6的反相端相連，運算放大器0P6的同相端接地，電容C1的另一端與運算放大器0P6的輸出端相連接。(8)所述的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)由CMOS開關(guān)SpCMOS開關(guān)S2、CMOS開關(guān)&和CMOS開關(guān)、構(gòu)成，CMOS開關(guān)S1和CMOS開關(guān)&的連接端與Vp相連，CMOS開關(guān)&和CMOS開關(guān)、的連接端與Vn相連，CMOS開關(guān)S1和CMOS開關(guān)&的連接端與微傳感器的驅(qū)動端Dp相連，CMOS開關(guān) S3和CMOS開關(guān)、的連接端與微傳感器的驅(qū)動端Dn相連。本發(fā)明由分壓電阻、緩沖器、積分器構(gòu)成負反饋環(huán)路，反相放大器的輸出即為負反饋環(huán)路輸出電壓，通過負反饋環(huán)路使Vp實時跟蹤驅(qū)動電路負電源單元輸出電壓Vn的變化， 也就是使^與乂,大小相等，方向相反，將Vp與V1Jt為開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的電源電壓，從而開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出的方波驅(qū)動信號不受外界電源電壓的漂移以及溫度變化的影響，并且幅值相等，方向相反，實現(xiàn)類似隔離變壓器的全差分驅(qū)動功能，為高精度微傳感器提供驅(qū)動信號。本發(fā)明提供一種CMOS全差分驅(qū)動電路，可以使提供給驅(qū)動電路的正電源電壓跟隨負電源電壓的變化， 實現(xiàn)類隔離變壓器的驅(qū)動，從而抑制電源電壓的漂移以及溫度變化對傳感器性能的影響。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2為本發(fā)明的電路圖；圖3為本發(fā)明的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1 結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，它是由驅(qū)動電路正電源單元(100)、驅(qū)動電路負電源單元(101)、加法器(102)、反相放大器 (103)、分壓電阻(104)、緩沖器(105)、積分器(106)和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)組成的，驅(qū)動電路正電源單元(100)分別連接驅(qū)動電路負電源單元(101)和加法器(102)，驅(qū)動電路負電源單元 (101)連接分壓電阻(104)和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)，加法器(102)連接反相放大器(103)和積分器(106)，反相放大器(103)連接分壓電阻(104)和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)。本發(fā)明還有以下技術(shù)特征所述的驅(qū)動電路正電源單元(100)包括電阻禮、電阻&和運算放大器0P1，電阻R1 的一端與正電源Vrc相連，電阻R1和電阻&的連接端與運算放大器OPl的同相端相連，運算放大器OPl的反相端與運算放大器OPl的輸出相連。所述的驅(qū)動電路負電源單元(101)包括電阻R3、電阻R4和運算放大器0P2，電阻R4 的一端與負電源Vss相連，電阻民和電阻R4的連接端與運算放大器0P2的同相端相連，運算放大器0P2的反相端與運算放大器0P2的輸出相連。所述的加法器(102)包括電阻R5、電阻R6、電阻R7和運算放大器0P3，電阻R5、電阻 &和電阻R7的連接端與運算放大器0P3的同相端相連，運算放大器0P3的反相端接地，電阻&的一端與運算放大器0P3的輸出相連。所述的反相放大器(103)包括電阻&、電阻&和運算放大器0P4，電阻&和電阻 R9的連接端與運算放大器0P4的同相端相連，運算放大器0P4的反相端接地，電阻&的一端Vp與運算放大器0P4的輸出相連。所述的分壓電阻(104)由阻值相等的電阻Rltl和電阻R11構(gòu)成，電阻Rltl的一端Vp 與反相放大器(103)的輸出相連，R10和R11的連接端Ve與緩沖器(105)相連，R11的另一端 Vn與驅(qū)動電路負電源單元(101)相連。所述的緩沖器(10 由運算放大器0P5構(gòu)成，運算放大器0P5的同相端與Vk相連， 運算放大器0P5的反相端與運算放大器0P5的輸出相連，并連接至積分器(106)。所述的積分器(106)由電阻隊2、電容C1和運算放大器0P6構(gòu)成，電阻R12和電容C1 的連接端與運算放大器0P6的反相端相連，運算放大器0P6的同相端接地，電容C1的另一端與運算放大器0P6的輸出端相連接。所述的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)由CMOS開關(guān)S^CMOS開關(guān)S2、CM0S開關(guān)&和CMOS開關(guān)、 構(gòu)成，CMOS開關(guān)S1和CMOS開關(guān)&的連接端與Vp相連，CMOS開關(guān)&和CMOS開關(guān)、的連接端與Vn相連，CMOS開關(guān)S1和CMOS開關(guān)&的連接端與微傳感器的驅(qū)動端Dp相連，CMOS開關(guān)&和CMOS開關(guān)、的連接端與微傳感器的驅(qū)動端Dn相連。實施例2 結(jié)合圖1、圖2、圖3，本發(fā)明負反饋自平衡驅(qū)動電路包括一與驅(qū)動電路負電源單元(101)相連的驅(qū)動電路正電源單元(100)、一與驅(qū)動電路正電源單元(100)輸出端 V+相連的加法器(102)、一與加法器(102)輸出端相連的反相放大器(103)、一與反相放大器(103)輸出端Vp相連的分壓電阻(104)、一與反相放大器(103)相連的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)， 一與分壓電阻(104)相連的緩沖器(105)、一與緩沖器(105)相連的積分器(106)、一與開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)以及分壓電阻(104)相連的驅(qū)動電路負電源單元(101)。其中，驅(qū)動電路正電源單元(100)由禮、R2和OPl構(gòu)成，驅(qū)動電路負電源單元(101)由R3、R4和0P2構(gòu)成，加法器(102)由R5、R6、R7和0P3構(gòu)成，反相放大器(103)由R8、R9和0P4構(gòu)成，分壓電阻(104) 由阻值相等的Rltl和R11構(gòu)成，緩沖器(105)由運算放大器0P5構(gòu)成。積分器(106)由R12、 C1和運算放大器0P6構(gòu)成，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)由CMOS開關(guān)SpS2A3和、構(gòu)成，其中S1AyS3 和、的結(jié)構(gòu)都一樣，如圖3所示，均為由與云相連的PMOS管和與S相連的NMOS管并聯(lián)構(gòu)成的傳輸門結(jié)構(gòu)，其中一端是輸入，另一端是輸出，云與S為反相的信號，當S信號為高電平時， S信號為低電平，PMOS和NMOS管都導(dǎo)通，開關(guān)閉合，把輸入信號傳送到輸出端；當S信號為低電平時，云信號為高電平，PMOS和NMOS管都截止，開關(guān)斷開。在其它實施方式中，也可以用其它開關(guān)元件和電路代替。自平衡驅(qū)動電路將分壓電阻(104)輸出送入由緩沖器(105)、 積分器(106)構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)，通過負反饋環(huán)路強迫分壓電阻(104)輸出％為零，從而該結(jié)構(gòu)中開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)的電源VjnVN的幅值相等，方向相反。如果電源電壓發(fā)生漂移，如果Vrc向上漂移，那么分壓電阻(104)輸出將變?yōu)橐徽?，其?jīng)過負反饋，減少Vrc和Vp值的原始值，從而保持分壓電阻(104)輸出的電壓值為零。如果Vrc向下漂移，那么分壓電阻(104) 輸出將變?yōu)橐回撝?，其?jīng)過負反饋，增加V。。和Vp值的原始值，從而保持分壓電阻(104)輸出的電壓值為零。因此，只需保持分壓電阻(104)輸出Vk為零，反饋循環(huán)產(chǎn)生的信號Vp和 VN，Vp總是跟隨變化，不受電源的漂移和溫度的變化的影響，也就是開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)的正負電源始終是幅值相等，方向相反的，從而輸出的驅(qū)動方波也是幅值相等，方向相反的， 實現(xiàn)類似于中心點接地的隔離變壓器驅(qū)動電路提供的信號。本發(fā)明負反饋自平衡驅(qū)動電路的原理如下，分壓電阻(104)、緩沖器(105)和積分器(106)整體構(gòu)成負反饋回路，分壓電阻(104)的輸出Vk如式(1)所示(1)緩沖器(105)的增益為1，積分器(106)的增益為k，反相放大器(103)的增益為-1，可以得到整體負反饋回路的傳遞函數(shù)如式(2)所示Vp = D(2)在理想情況下驅(qū)動電路正電源單元(100)和驅(qū)動電路負電源單元(101)的輸出大小相等，方向相反，即V. = -VN，代入式(2)，可得Vp = -Vn,即開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)輸出幅值相等、 相位相反的方波Dp與Dn。假設(shè)電源發(fā)生漂移，令漂移量為Δ V，則將驅(qū)動電路負電源單元(101)的輸出V+表示為式( Vp=-Vn-J^V(3)
κ將式(3)代入式⑵可以解得Vp =-Vn-y AV(4)
K只要保證積分器(106)的增益k足夠大，則近似為零，從而V+ ^ -Vn,即開關(guān)
k
網(wǎng)絡(luò)(107)輸出幅值相等、相位相反的方波Dp與Dn。因為Vp總是跟隨Vn的變化，所以驅(qū)動電路不受電源的漂移和溫度的變化的影響， 從而驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動方波也是幅值相等，方向相反的，實現(xiàn)類似于中心點接地的隔離變壓器驅(qū)動電路提供的信號。
權(quán)利要求
1.一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，它是由驅(qū)動電路正電源單元(100)、 驅(qū)動電路負電源單元(101)、加法器(102)、反相放大器(103)、分壓電阻(104)、緩沖器 (105)、積分器(106)和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)組成的，其特征在于驅(qū)動電路正電源單元(100)分別連接驅(qū)動電路負電源單元(101)和加法器(102)，驅(qū)動電路負電源單元(101)連接分壓電阻(104)和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)，加法器(102)連接反相放大器(103)和積分器(106)，反相放大器(103)連接分壓電阻(104)和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，其特征在于 所述的驅(qū)動電路正電源單元(100)包括電阻R1、電阻&和運算放大器0P1，電阻R1的一端與正電源Vrc相連，電阻R1和電阻&的連接端與運算放大器OPl的同相端相連，運算放大器 OPl的反相端與運算放大器OPl的輸出相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，其特征在于 所述的驅(qū)動電路負電源單元(101)包括電阻R3、電阻R4和運算放大器0P2，電阻R4的一端與負電源Vss相連，電阻R3和電阻R4的連接端與運算放大器0P2的同相端相連，運算放大器 0P2的反相端與運算放大器0P2的輸出相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，其特征在于 所述的加法器(102)包括電阻R5、電阻R6、電阻R7和運算放大器0P3，電阻R5、電阻&和電阻R7的連接端與運算放大器0P3的同相端相連，運算放大器0P3的反相端接地，電阻&的一端與運算放大器0P3的輸出相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，其特征在于 所述的反相放大器(103)包括電阻R8、電阻&和運算放大器0P4，電阻&和電阻&的連接端與運算放大器0P4的同相端相連，運算放大器0P4的反相端接地，電阻R9的一端Vp與運算放大器0P4的輸出相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，其特征在于 所述的分壓電阻(104)由阻值相等的電阻Rltl和電阻R11構(gòu)成，電阻Rltl的一端Vp與反相放大器(103)的輸出相連，Rltl和R11的連接端Vk與緩沖器(105)相連，R11的另一端Vn與驅(qū)動電路負電源單元(101)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，其特征在于 所述的緩沖器(105)由運算放大器0P5構(gòu)成，運算放大器0P5的同相端與Vk相連，運算放大器0P5的反相端與運算放大器0P5的輸出相連，并連接至積分器(106)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，其特征在于 所述的積分器(106)由電阻隊2、電容C1和運算放大器0P6構(gòu)成，電阻R12和電容C1的連接端與運算放大器0P6的反相端相連，運算放大器0P6的同相端接地，電容C1的另一端與運算放大器0P6的輸出端相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路，其特征在于 所述的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(107)由CMOS開關(guān)Sp CMOS開關(guān)S2、CMOS開關(guān)&和CMOS開關(guān)、構(gòu)成， CMOS開關(guān)S1和CMOS開關(guān)&的連接端與Vp相連，CMOS開關(guān)&和CMOS開關(guān)、的連接端與 Vn相連，CMOS開關(guān)S1和CMOS開關(guān)&的連接端與微傳感器的驅(qū)動端Dp相連，CMOS開關(guān)& 和CMOS開關(guān)、的連接端與微傳感器的驅(qū)動端Dn相連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于微傳感器的負反饋自平衡驅(qū)動電路。它是由驅(qū)動電路正電源單元、驅(qū)動電路負電源單元、加法器、反相放大器、分壓電阻、緩沖器、積分器和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成的，驅(qū)動電路正電源單元分別連接驅(qū)動電路負電源單元和加法器，驅(qū)動電路負電源單元連接分壓電阻和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，加法器連接反相放大器和積分器，反相放大器連接分壓電阻和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明不受電源漂移以及溫度變化的影響，適合于高精度微傳感器的驅(qū)動電路。本發(fā)明提供一種CMOS全差分驅(qū)動電路，可以使提供給驅(qū)動電路的正電源電壓跟隨負電源電壓的變化，實現(xiàn)類隔離變壓器的驅(qū)動，從而抑制電源電壓的漂移以及溫度變化對傳感器性能的影響。
文檔編號G05F1/565GK102420603SQ201110354429
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者付強, 任明遠, 劉曉為, 呂炳均, 尹亮, 董長春, 陳偉平 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)