本實(shí)用新型涉及一種微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路，尤其是一種防電學(xué)振蕩的微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)是集微傳感器、微執(zhí)行器、微機(jī)械結(jié)構(gòu)、微電源微能源、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。微機(jī)械陀螺儀是一種重要的慣性MEMS器件。典型的微機(jī)械陀螺儀由傳感器件和接口電路兩部分構(gòu)成，其工作原理是基于哥氏力(Coriolis Force)效應(yīng)。以諧振式電容型微機(jī)械陀螺儀為例，如圖1所示，閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路先將傳感器件的驅(qū)動(dòng)模態(tài)(X方向)驅(qū)動(dòng)至諧振狀態(tài)，當(dāng)有外界角速度Ω_z輸入時(shí)，在檢測模態(tài)(Y方向)將會(huì)產(chǎn)生大小為2MΩv的哥氏力F_c，此哥氏力會(huì)造成Y方向產(chǎn)生頻率與X方向相同的調(diào)幅位移信號y(t)，從而引起檢測極板等效電容C(t)變化，通過檢測電路讀出C(t)并解調(diào)濾波，即可得到反映輸入角速度信號Ω_z的輸出電壓信號V_out。

由于微機(jī)械陀螺儀傳感器件加工工藝的精度有限，傳感器件驅(qū)動(dòng)方向上的驅(qū)動(dòng)極板與驅(qū)動(dòng)反饋極板間不可避免的會(huì)存在一個(gè)寄生電容，稱之為寄生跨接電容，如圖2所示。由于寄生跨接電容的存在，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號可以直接通過此電容耦合至驅(qū)動(dòng)反饋端，并帶來諸多負(fù)面效應(yīng)。主要的負(fù)面效應(yīng)包括阻止“電學(xué)-機(jī)械”振蕩的發(fā)生以及引發(fā)“電學(xué)振蕩”。如圖3所示，“電學(xué)-機(jī)械”振蕩是指閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路與驅(qū)動(dòng)極板等效電容C_d與驅(qū)動(dòng)反饋極板等效電容C_s形成的振蕩，一般由陀螺儀驅(qū)動(dòng)軸諧振頻率決定，在幾千赫茲(kHz)至幾十千赫茲(kHz)范圍內(nèi)，是期望發(fā)生的；而“電學(xué)振蕩”指閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路與寄生跨接電容C_f形成的振蕩，由閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)和寄生跨接電容C_f的大小有關(guān)，一般在百千赫茲(kHz)以上，是不期望發(fā)生的。但是，閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路與寄生跨接電容構(gòu)成的環(huán)路滿足振蕩發(fā)生的增益條件與相位條件時(shí)，陀螺儀有可能落入電學(xué)振蕩頻率點(diǎn)而無法正常工作，因此，需要想辦法避免電學(xué)振蕩。

寄生跨接電容阻止“電學(xué)-機(jī)械”振蕩發(fā)生的原因分析如下。如圖3所示，當(dāng)存在寄生跨接電容C_f時(shí)，閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路檢測的電流為經(jīng)C_f耦合的電流i_f與微陀螺驅(qū)動(dòng)反饋極板端的電流i_s的疊加。由于i_f和i_s有90度的相位差，若i_f遠(yuǎn)大于i_s，由于環(huán)路中相位條件無法滿足，期望的“電學(xué)-機(jī)械”振蕩將不會(huì)發(fā)生。圖3中的振蕩器電學(xué)模型可以表示為

其中，X為陀螺儀質(zhì)量塊的位移，F(xiàn)_ext為驅(qū)動(dòng)力，m_x為陀螺儀質(zhì)量塊X軸方向重量，ω_x為陀螺儀驅(qū)動(dòng)軸本征角頻率，Q為陀螺儀驅(qū)動(dòng)軸品質(zhì)因子，V_dc和V_b分別為驅(qū)動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)反饋端的直流壓差，V_dr是驅(qū)動(dòng)電壓，C_d為驅(qū)動(dòng)極板等效電容，C_s為驅(qū)動(dòng)反饋極板等效電容，K_F/V²為驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換系數(shù)，K_c/x是位移電容轉(zhuǎn)換系數(shù)。由式(1)可得振蕩器跨導(dǎo)的表達(dá)式為

令式(2)中跨導(dǎo)相位等于零，可得方程

其中ω_d為驅(qū)動(dòng)信號頻率。為使得式(3)有實(shí)數(shù)根，需滿足

式(4)表明，避免電學(xué)振蕩的發(fā)生辦法主要有兩個(gè)，第一是從傳感器件機(jī)械設(shè)計(jì)角度，盡量減小跨接寄生電容C_f的值；第二是從電路設(shè)計(jì)角度，可以通過改變式(4)中的各個(gè)變量，比如提高施加在微陀螺質(zhì)量塊上的極化電壓V_p，以提高直流壓差V_b和V_dc。

目前避免電學(xué)振蕩的方法包括，在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，有將襯底材料由硅換成玻璃(參見Alper S E,Akin T.Symmetrical and decoupled nickel microgyroscope on insulating substrate[J].Sensors&Actuators A Physical,2004,115(2–3):336-350.)、在驅(qū)動(dòng)極板和驅(qū)動(dòng)反饋極板間增加偏置極板(參見Park H W,Kim Y K,Jeong H G,et al.Feed-through capacitance reduction for a micro-resonator with push–pull configuration based on electrical characteristic analysis of resonator with direct drive[J].Sensors&Actuators A Physical,2011,170(1):131-138.)等方法，但這些方法本質(zhì)上只能減小寄生跨接電容，并無法完全避免電學(xué)振蕩，而且會(huì)增大傳感器件的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。而在電路設(shè)計(jì)方面，目前有在跨阻放大器上跨接補(bǔ)償電容以抑制高頻振蕩信號的方法(參見Alper S E,Sahin K,Akin T.An Analysis to Improve Stability of Drive-Mode Oscillations in Capacitive Vibratory MEMS Gyroscopes[J].2009,51(1):817-820.)，但此方法的缺點(diǎn)是大的補(bǔ)償電容會(huì)引入大的相位移動(dòng)，導(dǎo)致振蕩頻率大量偏離諧振頻率。另一種方法是增大傳感器件質(zhì)量塊上的偏置電壓，從而避免振蕩器起振時(shí)落入電學(xué)振蕩點(diǎn)(參見Wu H M,Yin T,Jiao J W,et al.Analysis of parasitic feed-through capacitance effect in closed-loop drive circuit design for capacitive micro-gyroscope[J].Microsystem Technologies,2016,22(9):1-7.)，但此方法的缺點(diǎn)是穩(wěn)定的高壓偏置難以在常規(guī)電壓工藝的集成電路芯片上實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種防電學(xué)振蕩的微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路，以解決目前閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路防電學(xué)振蕩設(shè)計(jì)中存在振蕩頻率大量偏離諧振頻率與高壓偏置難以用常規(guī)集成電路工藝片上實(shí)現(xiàn)的問題，避免陀螺儀驅(qū)動(dòng)軸落入電學(xué)振蕩而導(dǎo)致陀螺儀無法正常工作。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

一種防電學(xué)振蕩的微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路，由陀螺儀傳感器件、讀出電路、比較器、鎖相環(huán)、幅度提取電路、幅度調(diào)節(jié)電路、頻率測量電路、電壓預(yù)置電路、激勵(lì)電路以及開關(guān)1、開關(guān)2、開關(guān)3及時(shí)序控制電路組成。此閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)思想將鎖相環(huán)串聯(lián)進(jìn)入閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路，并將鎖相環(huán)中的壓控振蕩器預(yù)置成陀螺儀驅(qū)動(dòng)軸諧振頻率附件啟動(dòng)振蕩，利用鎖相環(huán)的窄帶濾波及頻率追蹤功能，避免電學(xué)振蕩發(fā)生。

所述的陀螺儀傳感器件的驅(qū)動(dòng)反饋極板與讀出電路相連接、讀出電路與比較器相連接、比較器與鎖相環(huán)相連接、鎖相環(huán)與幅度調(diào)節(jié)電路相連接、幅度調(diào)節(jié)電路通過開關(guān)2與陀螺儀傳感器件的驅(qū)動(dòng)極板斷開或相連接構(gòu)成閉環(huán)，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)陀螺儀傳感器件沿驅(qū)動(dòng)軸振蕩。

所述的幅度提取電路分別與讀出電路和幅度調(diào)節(jié)電路相連接，并與陀螺儀傳感器件構(gòu)成閉環(huán)反饋控制振蕩信號幅度。

所述的激勵(lì)電路通過開關(guān)1與陀螺儀傳感器件的驅(qū)動(dòng)極板斷開或相連接，負(fù)責(zé)激勵(lì)陀螺儀傳感器件振蕩，頻率測量電路與讀出電路相連接負(fù)責(zé)讀出振蕩信號頻率值，電壓預(yù)置電路與頻率測量電路相連接將頻率值轉(zhuǎn)換成預(yù)置電壓信號，并通過開關(guān)3與鎖相環(huán)中的壓控振蕩器斷開或相連接，負(fù)責(zé)預(yù)置壓控振蕩器的起振頻率。

所述的時(shí)序控制電路負(fù)責(zé)控制開關(guān)1、開關(guān)2和開關(guān)3的閉合與打開的時(shí)序。

所述的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路的具體工作原理及工作時(shí)序?yàn)槌跏茧A段開關(guān)1、開關(guān)2、開關(guān)3均打開；第一階段開關(guān)1閉合后迅速打開、開關(guān)2與開關(guān)3保持打開，利用振蕩器的“激勵(lì)-衰減”原理，由激勵(lì)電路激勵(lì)陀螺儀傳感器件，然后取消激勵(lì)，傳感器按諧振頻率衰減振蕩，由頻率測量電路讀出衰減振蕩信號頻率值，并由電壓預(yù)置電路計(jì)算對應(yīng)的鎖相環(huán)中壓控振蕩器的預(yù)置電壓；第二階段開關(guān)1和開關(guān)2保持打開，開關(guān)3閉合，將預(yù)置電壓施加于壓控振蕩器；第三階段開關(guān)1保持打開，開關(guān)3打開，開關(guān)2閉合，利用鎖相環(huán)追蹤陀螺儀諧振頻率，并由幅度提取電路和幅度調(diào)節(jié)電路反饋控制傳感器振蕩幅度，使得陀螺儀傳感器件以諧振頻率按恒定幅度振蕩。

所述的鎖相環(huán)的壓控振蕩器的初始振蕩頻率可以通過預(yù)置輸入控制電壓進(jìn)行預(yù)置。

所述的電壓預(yù)置電路通過頻率值到電壓的轉(zhuǎn)換將測量得到的頻率值與壓控振蕩器對應(yīng)的頻率建立映射關(guān)系。

所述的幅度調(diào)節(jié)電路通過比較幅度提取電路輸出的幅度信號與參考信號獲得差值，并用此差值調(diào)節(jié)鎖相環(huán)輸出方波信號的幅度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路將鎖相環(huán)串入閉環(huán)環(huán)路，利用預(yù)置起振頻率的鎖相環(huán)追蹤陀螺儀驅(qū)動(dòng)軸諧振頻率，從而有效避免電學(xué)振蕩發(fā)生，并可用常壓集成電路工藝實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型涉及的一種電容型諧振式微機(jī)械陀螺儀的工作原理示意圖，但不僅限于電容型，其他類型諧振式微機(jī)械本實(shí)用新型同樣適用；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中跨接寄生電容存在于微機(jī)械陀螺儀傳感器件的示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中寄生跨接電容存在時(shí)陀螺儀傳感器件與閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的振蕩器的模型；

圖4為本實(shí)用新型所述的防電學(xué)振蕩的微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路框圖；

圖5為本實(shí)用新型所述的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)序圖；

圖6為圖4中激勵(lì)電路的一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為一種頻率可調(diào)的弛豫振蕩器；

圖7為圖4中頻率測量電路的一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)；

圖8為圖4中鎖相環(huán)的一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)；

圖9為圖8中壓控振蕩器的一種實(shí)現(xiàn)電路，為四級環(huán)形結(jié)構(gòu)；

圖10為圖4中讀出電路的一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為跨阻放大結(jié)構(gòu)的讀出電路；

圖11為圖4中比較器的一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為遲滯結(jié)構(gòu)比較器；

圖12為圖4中幅度提取電路的一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為整流器結(jié)構(gòu)；

圖13為圖4中幅度調(diào)節(jié)電路的一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為基于比例積分控制器結(jié)構(gòu)的幅度調(diào)節(jié)電路。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的一種防電學(xué)振蕩的微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路框圖及工作原理如圖4所示，閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路由陀螺儀傳感器件、讀出電路、比較器、鎖相環(huán)、幅度提取電路、幅度調(diào)節(jié)電路、頻率測量電路、電壓預(yù)置電路、激勵(lì)電路以及開關(guān)1、開關(guān)2、開關(guān)3及時(shí)序控制電路組成。陀螺儀傳感器件、讀出電路、比較器、鎖相環(huán)、幅度調(diào)節(jié)電路與開關(guān)2構(gòu)成閉環(huán)，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)陀螺儀傳感器件沿驅(qū)動(dòng)軸振蕩。幅度提取電路、幅度調(diào)節(jié)電路與讀出電路、陀螺儀傳感器件構(gòu)成閉環(huán)，負(fù)責(zé)控制陀螺儀傳感器件振蕩幅度恒定。激勵(lì)電路負(fù)責(zé)激勵(lì)陀螺儀傳感器件振蕩，頻率測量電路負(fù)責(zé)讀出振蕩信號頻率值，電壓預(yù)置電路負(fù)責(zé)將頻率值轉(zhuǎn)換成預(yù)置電壓信號，并施加到鎖相環(huán)中的壓控振蕩器上，預(yù)置壓控振蕩器的起振頻率。時(shí)序控制電路通過控制開關(guān)1、開關(guān)2和開關(guān)3的閉合與打開控制電路工作的時(shí)序。

鎖相環(huán)的壓控振蕩器的初始振蕩頻率可以通過預(yù)置輸入控制電壓進(jìn)行預(yù)置。

電壓預(yù)置電路通過頻率值到電壓的轉(zhuǎn)換將測量得到的頻率值與壓控振蕩器對應(yīng)的頻率建立映射關(guān)系。

幅度調(diào)節(jié)電路通過比較幅度提取電路輸出的幅度信號與參考信號獲得差值，并用此差值調(diào)節(jié)鎖相環(huán)輸出方波信號的幅度。

閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)思想是將鎖相環(huán)中的壓控振蕩器預(yù)置成陀螺儀驅(qū)動(dòng)軸諧振頻率附件啟動(dòng)振蕩，利用鎖相環(huán)的窄帶濾波及頻率追蹤功能，避免電學(xué)振蕩發(fā)生。由此，閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路的工作時(shí)序可以分成4個(gè)階段，如圖5所示，初始階段開關(guān)1、開關(guān)2和開關(guān)3均打開，電路待命；第一階段開關(guān)1打開后迅速關(guān)閉、開關(guān)2和開關(guān)3保持關(guān)閉，利用振蕩器的“激勵(lì)-衰減”原理，由激勵(lì)電路激勵(lì)陀螺儀傳感器件，傳感器按諧振頻率衰減振蕩，然后由頻率測量電路讀出衰減振蕩信號頻率值，并由電壓預(yù)置電路計(jì)算對應(yīng)的鎖相環(huán)中壓控振蕩器的預(yù)置電壓；第二階段開關(guān)1和開關(guān)2保持打開，開關(guān)3閉合，將預(yù)置電壓施加于壓控振蕩器，預(yù)置壓控振蕩器的初始振蕩頻率；第三階段開關(guān)1保持打開，開關(guān)3打開，開關(guān)2閉合，利用鎖相環(huán)追蹤陀螺儀諧振頻率，并由幅度提取電路和幅度調(diào)節(jié)電路反饋控制傳感器振蕩幅度，使得陀螺儀傳感器件以諧振頻率按恒定幅度振蕩。下面按照上述時(shí)序順序依次講述涉及到的電路模塊的實(shí)現(xiàn)方式或結(jié)構(gòu)。

“激勵(lì)-衰減”原理是指當(dāng)陀螺儀傳感器件被施加激勵(lì)一段時(shí)間后撤銷激勵(lì)時(shí)，傳感器件會(huì)以其諧振頻率衰減振蕩，可以表達(dá)為

式(5)中V₀為初始電壓，取決于傳感器及電路的初始狀態(tài)，ω₀為傳感器驅(qū)動(dòng)軸諧振頻率，Q為驅(qū)動(dòng)軸品質(zhì)因子，t是時(shí)間。

圖6為一種激勵(lì)電路的實(shí)現(xiàn)方式，是一個(gè)頻率可調(diào)的弛豫振蕩器，工作時(shí)可以通過調(diào)節(jié)片外電阻R_set將振蕩器輸出信號頻率調(diào)諧成接近陀螺儀傳感器件驅(qū)動(dòng)軸的諧振頻率，然后激勵(lì)一段時(shí)間后撤銷。圖6中的弛豫振蕩器的基本原理描述如下：基準(zhǔn)電流I_c交替為兩個(gè)電容C_m1和C_m2充電，兩個(gè)電容上的電壓經(jīng)比較器與參考電壓V_ref比較，得到的數(shù)字信號經(jīng)過SR觸發(fā)器產(chǎn)生控制信號V_c1和V_c2，施加在M_2～5構(gòu)成的反相器上控制電容充放電。由于放電速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于充電，因此計(jì)算時(shí)可以不考慮放電時(shí)間，則控制信號V_c2的周期可表示為

其中ΔV為充電電壓范圍，C_m為充放電電容。輸出信號f_c的頻率可表示為

充電電流I_c的大小可由片外電阻R_set進(jìn)行調(diào)節(jié)，表達(dá)式為

其中，V_ref為參考電壓。結(jié)合式(6)、(7)和(8)，可得到帶通濾波器的中心頻率為

其中，由式(9)可知，通過調(diào)節(jié)片外電阻R_set，即可實(shí)現(xiàn)輸出信號的頻率調(diào)節(jié)。

圖6僅是激勵(lì)電路的一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，但不限于此種結(jié)構(gòu)。

圖7是一種頻率測量電路的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，但不限于此結(jié)構(gòu)，比較器將振蕩衰減的輸入信號V_in轉(zhuǎn)變成方波信號V_comp，再由計(jì)數(shù)器通過時(shí)鐘Clk控制輸出數(shù)字信號。

電壓預(yù)置電路可由數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，但不限于此結(jié)構(gòu)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與頻率測量電路輸出位數(shù)相統(tǒng)一，并且通過控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參考電壓實(shí)現(xiàn)與鎖相環(huán)中壓控振蕩器的頻率對應(yīng)。舉例而言，頻率測量電路輸出是14位數(shù)字信號，則最大可表征(2¹⁴-1)Hz，即約16.4kHz的信號，則數(shù)模轉(zhuǎn)換器選14位的；假設(shè)鎖相環(huán)中的壓控振蕩器最大振蕩頻率為2²⁴Hz，若傳感器件諧振頻率最大為2¹⁴Hz，則鎖相環(huán)中的分頻器設(shè)置為2¹⁰分頻，若控制電壓范圍為1～4V，則數(shù)模轉(zhuǎn)換器參考電壓設(shè)置成1.5V，偏置設(shè)為2.5V，則數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出也是1～4V，這樣實(shí)際測得頻率就能通過預(yù)置電壓傳導(dǎo)到壓控振蕩器上。

圖8是一種電荷泵鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，但不限于此結(jié)構(gòu)，由鑒頻鑒相器、電荷泵、低通濾波器、壓控振蕩器和分頻器組成，預(yù)置電壓加載于壓控振蕩器輸入端。

圖9是一種壓控振蕩器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為四級環(huán)形結(jié)構(gòu)，但不限于此結(jié)構(gòu)。圖中增益級采用寬調(diào)節(jié)范圍的全差分結(jié)構(gòu)，輸入控制電壓V_cont通過調(diào)節(jié)增益級尾部電流源大小改變對負(fù)載電容C_L的充放電周期，從而調(diào)整輸出信號振蕩頻率。緩沖級采用了電流鏡負(fù)載的差分增益級將差分信號轉(zhuǎn)成單端信號，并由反相器整型成方波信號。

圖10是一種讀出電路的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為跨阻放大結(jié)構(gòu)，但不限于此結(jié)構(gòu)。圖中放放大器為全差分結(jié)構(gòu)，由全差分放大器、電阻R_F和補(bǔ)償電容C_F構(gòu)成。全差分放大器采用折疊共源共柵結(jié)構(gòu)，并由輸入共模反饋和輸出共模反饋保證放大器直流工作點(diǎn)正常。

圖11是一種比較器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為遲滯比較器結(jié)構(gòu)，但不限于此結(jié)構(gòu)。比較器由前置放大、鎖存器、自偏置差分放大級和輸出驅(qū)動(dòng)四部分構(gòu)成，可較好得解決輸入信號噪聲引起的閾值點(diǎn)誤翻轉(zhuǎn)問題。

圖12是一種振蕩信號幅度提取電路的實(shí)現(xiàn)方式，為整流器結(jié)構(gòu)，但不限于此結(jié)構(gòu)。整流器采用自解調(diào)結(jié)構(gòu)，輸入差分信號經(jīng)遲滯比較器與非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生四路解調(diào)信號供解調(diào)開關(guān)使用。在解調(diào)信號的控制下，解調(diào)開關(guān)對輸入差分信號進(jìn)行全波整流，輸出的差分信號經(jīng)儀表放大器轉(zhuǎn)成單端信號輸出。解調(diào)開關(guān)前后的濾波電容和緩沖器是為了減小解調(diào)開關(guān)產(chǎn)生的毛刺對前后級的影響。

由于鎖相環(huán)輸出的是方波信號，因此幅度調(diào)節(jié)電路不能簡單的用可變增益放大器實(shí)現(xiàn)。一種幅度調(diào)節(jié)電路的實(shí)現(xiàn)方法是將幅度提取電路獲得的信號與參考值比較后輸出，輸出信號作為方波信號電源電壓，即通過調(diào)節(jié)方波信號中其主頻信號的幅度。實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)如圖13所示，高增益共源共柵結(jié)構(gòu)運(yùn)算放大器與片外可調(diào)電阻R、可調(diào)電容C組成比例積分控制器，將輸入的幅度信號V_amp與參考信號V_ref比較后輸出控制信號V_ctr，作為反相器的電源電壓，調(diào)節(jié)方波振蕩信號V_in(鎖相環(huán)輸出信號)的幅度，輸出V_out信號。幅度調(diào)節(jié)電路的另一種實(shí)現(xiàn)方法是先將鎖相環(huán)輸出方波信號由方波轉(zhuǎn)三角波信號電路和三角波轉(zhuǎn)正弦波信號電路轉(zhuǎn)化成正弦信號輸出，同時(shí)可采用傳統(tǒng)的比例積分控制器與可變增益放大器調(diào)節(jié)振蕩信號幅度，但這種方法的缺點(diǎn)是由于振蕩信號頻率一般在幾千赫茲或幾十千赫茲，因此方波轉(zhuǎn)三角波信號電路和三角波轉(zhuǎn)正弦波信號電路的濾波電容均需要放置在片外，無法片上集成。

值得注意的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非因此限定本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍，本實(shí)用新型還可以對上述各種零部件的構(gòu)造進(jìn)行材料和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，或者是采用技術(shù)等同物進(jìn)行替換。故凡運(yùn)用本實(shí)用新型的說明書及圖示內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，或直接或間接運(yùn)用于其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域均同理皆包含于本實(shí)用新型所涵蓋的范圍內(nèi)。