位移信息获取电路

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种位移信息获取电路。

背景技术

跨阻放大器是集成电路中的一个重要的模块，通常用于将电流转换为电压，以便后续电压信号的处理。在位移传感技术领域中，电感型位置传感器因其抗干扰能力强，易于IC集成，且PCB兼容而被广泛应用。

在实际应用中，电感传感器的接收线圈上产生的感应电压为携带位移信息的高频调制信号，此信号在锁相解调模块中实现信号解调，将携带位移信号的基频信号从高频中恢复出来，然后放大为幅度适中的电压信号，再经过滤波功能模块对杂散频率分量进行滤除，最终正余弦信号的输出，得到位移信息。

然而，由于电感电感传感器的接收线圈上产生的感应电压为携带位移信息的高频调制信号，载波频率高达1MHz～8MHz，此信号会被调制到基频和其二倍频上(2MHz～16MHz)，因此对跨阻放大器中的运算放大器的增益带宽(GBW)提出了较高的设计要求。要求GBW较高，因此，设计一个高GBW和超宽带的跨阻放大器需要很多功耗和电路面积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位移信息获取电路，可以使得其中的跨阻放大器具有高增益和超宽带，并且功耗低，占用的电路面积小。

为了达到上述目的，本发明提供了一种位移信息获取电路，包括：

电感，用于获取位移传感信息，所述位移传感信息为电压信号；

跨导器件，用于将所述位移传感信息的电压信号转换成电流信号；

混频器，用于对位移传感信息的电流信号进行解调处理；

电流缓冲器，用于对解调处理后的位移传感信息的电流信号进行缓冲和斩波处理以及提供虚地点；

跨阻放大器，用于对斩波处理后的位移传感信息的电流信号进行放大处理，并输出位移传感信息的电压信号；

信号输出处理装置，用于对斩波处理后的位移传感信息的电压信号进行放大处理，以及过滤高频噪声，最后输出位移信息的模拟信号

可调增益放大器，用于对所述跨阻放大器处理后的位移传感信息的电压信号进行放大处理；以及

低通滤波器，用于过滤所述位移传感信息的电压信号的高频噪声。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，所述位移传感信息为1MHz～8MHz。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，解调处理后的位移传感信息的电流信号包括：位移传感信息的电流信号的基频信号和二倍频信号。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，所述信号输入处理装置包括：跨导器件，用于将所述位移传感信息的电压信号转换成电流信号；混频器，用于对位移传感信息的电流信号进行解调处理。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，所述跨导器件为电容。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，所述电流缓冲器的输入阻抗小于输出阻抗。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，所述电流缓冲器为全差分电流缓冲器。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，所述电流缓冲器包括多个MOS管和运算放大器组成的镜像电路。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，所述跨阻放大器包括：两级放大器，前一级放大器为折叠式共源共栅放大器，后一级放大器为共源放大器。

可选的，在所述的位移信息获取电路中，所述信号输出处理装置包括：可调增益放大器，用于对斩波处理后的位移传感信息的电压信号进行放大处理；低通滤波器，用于过滤所述位移传感信息的电压信号的高频噪声。

在本发明提供的位移信息获取电路中，包括：电感，用于获取位移传感信息，位移传感信息为电压信号；跨导器件，用于将位移传感信息的电压信号转换成电流信号；混频器，用于对位移传感信息的电流信号进行解调处理；电流缓冲器，用于对解调处理后的位移传感信息的电流信号进行缓冲和斩波处理以及提供虚地点；跨阻放大器，用于对斩波处理后的位移传感信息的电流信号进行放大处理，并输出位移传感信息的电压信号；可调增益放大器，用于对跨阻放大器处理后的位移传感信息的电压信号进行放大处理；以及低通滤波器，用于过滤位移传感信息的电压信号的高频噪声。电流缓冲器为跨阻放大器提供了虚地点，使得输入跨阻放大器的阻抗较低，降低了跨阻放大器的功耗以及占用的电路面积同时，达到了高增益和超带宽的效果。进一步的，电流缓冲器还有斩波功能，消除了电路中的噪声。

附图说明

图1是本发明实施例的位移信息获取电路的示意图；

图2是本发明实施例的电流传输器的示意图；

图3是本发明实施例的跨阻放大器的示意图；

图中：110-跨导器件、120-混频器、130-电流缓冲器、140-跨阻放大器、150-可调增益放大器、160-低通滤波器。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。

并且，应该理解，当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在衬底、层(或膜)、区域和/或图案“上”时，它可以直接位于另一个层或衬底上，和/或还可以存在插入层。另外，应该理解，当层被称作在另一个层“下”时，它可以直接位于另一个层下，和/或还可以存在一个或多个插入层。另外，可以基于附图进行关于在各层“上”和“下”的指代。

发明人发现，位移信息获取电路中，输入电感两端的电压，是位移传感信息的电压信号。经过跨导器件后，电压信号转换为电流信号，再经过混频器解调后得到携带位移传感信息的基频信号以及激励频率(ftx)的二倍频信号，再通过跨阻放大器转化为电压信号，跨导器件、混频器和跨阻放大器组成链路。由于激励频率通常在兆赫兹的量级上，假设直接在混频器后面直接使用跨阻放大器来实现虚地点，那么跨阻放大器的单位增益带宽(Unity-Gain Bandwidth,GBW)需满足：

GBW>ATIA×(2ftx)

其中，ATIA为链路增益，ftx为激励频率，GBW为跨阻放大器的单位增益带宽。由于激励频率通常在兆赫兹的量级上，假设ATIA要达到80dB，则GBW也要高达GHz。因此设计出一个高增益、超宽带的跨阻放大器对电路面积和功耗都提出了过高的要求。

因此，请参照图1，本申请提供了一种位移信息获取电路，包括：

电感L，用于获取位移传感信息，位移传感信息为电压信号；

跨导器件110，用于将位移传感信息的电压信号转换成电流信号；

混频器120，用于对位移传感信息的电流信号进行解调处理；

电流缓冲器130，用于对解调处理后的位移传感信息的电流信号进行缓冲和斩波处理以及提供虚地点；

跨阻放大器140，用于对斩波处理后的位移传感信息的电流信号进行放大处理，并输出位移传感信息的电压信号；

可调增益放大器150，用于对跨阻放大器处理后的位移传感信息的电压信号进行放大处理；以及

低通滤波器160，用于过滤所述位移传感信息的电压信号的高频噪声。

输出的位移信号的模拟信号可以在经过进一步处理，例如转换成数字信号等等，就可以得到精确的位移信号。

本发明实施例中，位移传感信息为1MHz～8MHz，即电感得到的位移传感信息是1MHz～8MHz。解调处理后的位移传感信息的电流信号包括：位移传感信息的电流信号的基频信号和二倍频信号，即对电感得到的位移传感信息解调后得到基频信号和二倍频信号(2MHz～16MHz)。

优选的，跨导器件110可以是电容。

本发明实施例中，电流缓冲器130的输入阻抗小于输出阻抗。理想的电流缓冲器130拥有低输入阻抗和高输出阻抗的特性。在实际电路的实现当中，电流缓冲器130的输入为阻抗为k ohm级，输出阻抗为G ohm级，本发明实施例的电流缓冲器130在混频器120和跨阻放大器140之间起到阻抗隔离的作用，避免了跨阻放大器140的高输入阻抗。电流缓冲器130的高输出阻抗为跨阻放大器140提供了虚地点，从而降低了跨阻放大器140的设计难度。电流缓冲器130为全差分电流缓冲器。电流缓冲器130包括多个MOS管和运算放大器组成的镜像电路，请参照图2，电流缓冲器130由PMOS管PM11～PM18、NMOS管NM11～NM20以及运算放大器OP1～OP2组成，其中，PMOS管PM11～PM14、NMOS管NM11～NM15以及运算放大器OP1组成半边电路，PMOS管PM15～PM18、NMOS管NM16～NM20以及运算放大器OP2组成另半边电路，两个半边电路呈镜像。混频器120的输出电流从CHOP1的I

本发明实施例中，跨阻放大器140包括：两级放大器，前一级放大器为折叠式共源共栅放大器，后一级放大器为共源放大器。跨阻放大器140实现电流到电压的转换。跨阻放大器140由其中跨阻部分由电阻组成，电阻设计为可调电阻，可以使得增益根据实际应用场景进调节。电容不仅可以对跨阻放大器140的闭环相位裕度进行补偿，电阻和电容同时也构成了一阶低通滤波器。

请参照图3，跨阻放大器140中的运算放大器采用两级放大器的形式来实现高增益和适中的带宽，其中输入级为折叠式共源共栅放大器，输出级为共源放大器。具体的，跨阻放大器140有PMOS管PM1～PM9、NMOS管NM1～NM6以及电阻Rz、电容Cc和运算放大器OP3组成。电流从Vin和Vip输入，从Von和Vop输出。此处，运算放大器OP3的增益和单位增益带宽分别为：

|A

其中，A

由于两级放大器存在稳定性问题，因此可以采用密勒补偿引入一个零点来补偿次主极点以维持系统稳定性，图3中，零点的频率由电阻Rz和电容Cc决定。此外，对于全差分的运放结构，可以使用共模反馈(Common Mode Feedback,CMFB)电路来稳定运放输出端的共模值。运算放大器OP3检测输出共模电平V

优选的，可调增益放大器150，用于对跨阻放大器140处理后的位移传感信息的电压信号进行放大处理，放大倍数可调。

在电感式位移传感器的应用中，为降低对跨导器件110和跨阻放大器140的设计要求，在跨导器件110和跨阻放大器140之间引入了一级电流缓冲器130，电流缓冲器130具有低输入阻抗和高输出阻抗的特点，起到了很好的阻抗隔离效果。因此大大降低了跨阻放大器140中运算放大器的GBW的设计难度。通过仿真验证，与在混频器120后直接接跨阻放大器140相比，整个位移传感器电路的功耗以及面积至少均降低了50％。综上所述，本发明实施例实现了一个高增益，低噪声，低功耗和小面积的位移传感器电路。

综上，在本发明实施例提供的位移信息获取电路中，包括：电感，用于获取位移传感信息，位移传感信息为电压信号；跨导器件，用于将位移传感信息的电压信号转换成电流信号；混频器，用于对位移传感信息的电流信号进行解调处理；电流缓冲器，用于对解调处理后的位移传感信息的电流信号进行缓冲和斩波处理以及提供虚地点；跨阻放大器，用于对斩波处理后的位移传感信息的电流信号进行放大处理，并输出位移传感信息的电压信号；可调增益放大器，用于对跨阻放大器处理后的位移传感信息的电压信号进行放大处理；以及低通滤波器，用于过滤位移传感信息的电压信号的高频噪声。电流缓冲器为跨阻放大器提供了虚地点，使得输入跨阻放大器的阻抗较低，降低了跨阻放大器的功耗以及占用的电路面积同时，达到了高增益和超带宽的效果。进一步的，电流缓冲器还有斩波功能，消除了电路中的噪声。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。