阅读说明：本技术 一种有源电阻以及应用于mems陀螺仪中的高通滤波器 (A kind of active pull-up and applied to the high-pass filter in MEMS gyroscope ) 是由 邹波 张耀国 于 2018-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种有源电阻以及应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器,所述有源电阻包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一运算放大器以及偏置电流源；所述偏置电流源的一端接地,所述偏置电流源的另一端连接所述第一PMOS管的漏极和所述第一运算放大器的同相输入端,所述第一运算放大器的反相输入端适于接收参考电压,所述第一运算放大器的输出端连接所述第一PMOS管的栅极和所述第二PMOS管的栅极,所述第二PMOS管的漏极作为所述有源电阻的一端,所述第二PMOS管的源极连接所述第一PMOS管的源极并作为所述有源电阻的另一端。本发明提供的有源电阻以及应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器,能够准确地确定所述有源电阻的电阻值,提高了所述高通滤波器的稳定性。(The present invention provides a kind of active pull-up and applied to the high-pass filter in MEMS gyroscope, the active pull-up includes the first PMOS tube, the second PMOS tube, the first operational amplifier and bias current sources；One end of the bias current sources is grounded, the other end of the bias current sources connects the drain electrode and the non-inverting input terminal of first operational amplifier of first PMOS tube, the inverting input terminal of first operational amplifier is suitable for receiving reference voltage, the output end of first operational amplifier connects the grid of first PMOS tube and the grid of second PMOS tube, the one end of the drain electrode of second PMOS tube as the active pull-up, the source electrode of second PMOS tube connect the source electrode of first PMOS tube and the other end as the active pull-up.Active pull-up provided by the invention and applied to the high-pass filter in MEMS gyroscope, can accurately determine the resistance value of the active pull-up, improve the stability of the high-pass filter.)

一种有源电阻以及应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种有源电阻以及应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器。

背景技术

高通滤波器被广泛应用于微机电系统(MEMS，Micro Electro MechanicalSystem)陀螺仪的检测电路或驱动电路中。对于MEMS陀螺仪中的高通滤波器，其工作频率一般在20kHz左右。为了减小相位延迟，提高增益的稳定性，所述高通滤波器的3dB带宽需要远离20kHz的频率，因而所述高通滤波器中滤波电阻的阻值通常要求达到上百兆欧姆。这样高阻值的滤波电阻需要占用极大的芯片面积，一般会采用有源MOS管电路实现。

图1是现有的一种有源电阻的电路图，所述有源电阻包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2以及偏置电流源Ib。其中，所述偏置电流源Ib的一端接地，所述偏置电流源Ib的另一端连接所述第一PMOS管MP1的漏极、所述第一PMOS管MP1的栅极以及所述第二PMOS管MP2的栅极，所述第二PMOS管MP2的漏极作为所述有源电阻的一端D1，所述第二PMOS管MP2的源极连接所述第一PMOS管MP1的源极并作为所述有源电阻的另一端D2。所述偏置电流源Ib为所述第一PMOS管MP1提供一个电流值很小的偏置电流，所述第二PMOS管MP2为所述第一PMOS管MP1的镜像。通过设置所述第一PMOS管MP1的尺寸和所述第二PMOS管MP2的尺寸，可将所述第一PMOS管MP1的宽长比设置为所述第二PMOS管MP2的宽长比的N倍，从而流过所述第二PMOS管MP2的最大电流被限定为所述偏置电流的N分之一。由于所述偏置电流可以设置得很小，而N的取值可以设置得很大，因而所述第二PMOS管MP2的导通电阻可以很高，能够达到上百兆欧姆的电阻值。

然而，在正常工作情况下，所述第一PMOS管MP1工作于饱和区，所述第二PMOS管MP2工作于线性区。随着工艺和温度的变化，所述第二PMOS管MP2的导通电阻很难准确去确定。所述有源电阻的变化将引起高通滤波器3dB带宽点的变化，进而影响高通滤波器的稳定性。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够准确确定电阻值的有源电阻作为应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器的滤波电阻。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够准确确定电阻值的有源电阻，作为应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器的滤波电阻。

为实现上述目的，本发明提供了一种有源电阻，包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一运算放大器以及偏置电流源；

所述偏置电流源的一端接地，所述偏置电流源的另一端连接所述第一PMOS管的漏极和所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的反相输入端适于接收参考电压，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一PMOS管的栅极和所述第二PMOS管的栅极，所述第二PMOS管的漏极作为所述有源电阻的一端，所述第二PMOS管的源极连接所述第一PMOS管的源极并作为所述有源电阻的另一端。

在本发明的较佳实施方式中，所述有源电阻还包括提供所述参考电压的参考电压源；

所述参考电压源的正端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述参考电压源的负端接地。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述第一PMOS管的宽长比为所述第二PMOS管的宽长比的N倍，其中，N＞1。

基于同样的发明构思，本发明还提供另一种有源电阻，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一运算放大器以及偏置电流源；

所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的栅极连接所述第二NMOS管的栅极和所述第一运算放大器的输出端，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一运算放大器的同相输入端和所述偏置电流源的一端，所述第一运算放大器的反相输入端适于接收参考电压，所述第二NMOS管的漏极作为所述有源电阻的一端，所述偏置电流源的另一端作为所述有源电阻的另一端。

在本发明的较佳实施方式中，所述有源电阻还包括提供所述参考电压的参考电压源；

所述参考电压源的正端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述参考电压源的负端接地。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述第一NMOS管的宽长比为所述第二NMOS管的宽长比的N倍，其中，N＞1。

本发明还提供一种应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器，包括第一电容、第二电容、第二运算放大器以及滤波电阻，所述滤波电阻为上述有源电阻；

所述第一电容的一端为所述高通滤波器的输入端，所述第一电容的另一端连接所述第二电容的一端、所述滤波电阻的一端以及所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二电容的另一端和所述滤波电阻的另一端并作为所述高通滤波器的输出端。

本发明提供的有源电阻，包括偏置电流源、第一运算放大器以及两个MOS管，其中，所述偏置电流源向作为基准的MOS管提供偏置电流，而作为镜像的MOS管对所述偏置电流进行镜像。通过采用所述第一运算放大器构成负反馈环路，保证作为基准的MOS管和作为镜像的MOS管均工作于线性区，使两个MOS管匹配性良好，因而能够准确地确定作为镜像的MOS管的导通电阻值。

本发明提供的应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器，由于采用本发明提供的有源电阻作为滤波电阻，所述有源电阻的导通电阻值能够准确地确定，不会因工艺和温度的变化而发生变化，因而所述高通滤波器的3dB带宽点稳定，提高了所述高通滤波器的稳定性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有的一种有源电阻的电路图；

图2是本发明一种实施例的有源电阻的电路图；

图3是本发明另一种实施例的有源电阻的电路图；

图4是本发明实施例的应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器的电路图。

具体实施方式

正如背景技术中所描述的，MEMS陀螺仪中的高通滤波器采用有源电阻作为滤波电阻，但作为基准的第一PMOS管MP1工作于饱和区，作为镜像的第二PMOS管MP2工作于线性区，导致所述第二PMOS管MP2的导通电阻很难准确去确定。基于此，本发明提供一种有源电阻，仍是采用偏置电流源和两个MOS管构成电流镜结构，但是本发明还采用运算放大器构成负反馈环路，使作为基准的MOS管的导通控制电压恒定，保证作为基准的MOS管和作为镜像的MOS管均工作于线性区，使两个MOS管匹配性良好。由于所述电流镜结构可以采用PMOS管构成，也可以采用NMOS管构成，相应地，所述有源电阻也具有两种结构，本发明在以下实施例中对两种不同结构的有源电阻进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种有源电阻，图2是所述有源电阻的电路图，所述有源电阻包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一运算放大器Amp1以及偏置电流源Ib。

具体地，所述偏置电流源Ib的一端接地，所述偏置电流源Ib的另一端连接所述第一PMOS管MP1的漏极和所述第一运算放大器Amp1的同相输入端，所述第一运算放大器Amp1的反相输入端适于接收参考电压Vref，所述第一运算放大器Amp1的输出端连接所述第一PMOS管MP1的栅极和所述第二PMOS管MP2的栅极，所述第二PMOS管MP2的漏极作为所述有源电阻的一端D1，所述第二PMOS管MP2的源极连接所述第一PMOS管MP1的源极并作为所述有源电阻的另一端D2。

在本实施例中，所述第一PMOS管MP1和所述第二PMOS管MP2构成电流镜结构，所述偏置电流源Ib向所述第一PMOS管MP1提供偏置电流。通过设置所述第一PMOS管MP1的尺寸和所述第二PMOS管MP2的尺寸，可将所述第一PMOS管MP1的宽长比设置为所述第二PMOS管MP2的宽长比的N倍，从而流过所述第二PMOS管MP2的最大电流被限定为所述偏置电流的N分之一。进一步，N的取值可大于1。

所述第一运算放大器Amp1构成负反馈环路，所述负反馈环路保证所述第一PMOS管MP1的漏极电压与所述参考电压Vref基本相等。通过设置所述参考电压Vref的电压值，可保证所述第一PMOS管MP1工作于线性区。由于所述第一PMOS管MP1和所述第二PMOS管MP2均工作于线性区，其匹配性良好，因而所述第二PMOS管MP2的电阻值能准确地进行设定。

进一步，所述参考电压Vref可以由集成在芯片内部的参考电压源提供，也可以由芯片外部的参考电压源提供。在本实施例中，所述有源电阻还包括提供所述参考电压的参考电压源VREF。所述参考电压源VREF的正端连接所述第一运算放大器Amp1的反相输入端，所述参考电压源VREF的负端接地。

实施例2

本实施例提供一种有源电阻，图3是所述有源电阻的电路图，所述有源电阻包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一运算放大器Amp1以及偏置电流源Ib。

具体地，所述第一NMOS管MN1的源极和所述第二NMOS管MN2的源极接地，所述第一NMOS管MN1的栅极连接所述第二NMOS管MN2的栅极和所述第一运算放大器Amp1的输出端，所述第一NMOS管MN1的漏极连接所述第一运算放大器Amp1的同相输入端和所述偏置电流源Ib的一端，所述第一运算放大器Amp1的反相输入端适于接收参考电压Vref，所述第二NMOS管MN2的漏极作为所述有源电阻的一端D1，所述偏置电流源Ib的另一端作为所述有源电阻的另一端D2。

在本实施例中，所述第一NMOS管MN1和所述第二NMOS管MN2构成电流镜结构，所述偏置电流源Ib向所述第一NMOS管MN1提供偏置电流。通过设置所述第一NMOS管MN1的尺寸和所述第二NMOS管MN2的尺寸，可将所述第一NMOS管MN1的宽长比设置为所述第二NMOS管MN2的宽长比的N倍，从而流过所述第二NMOS管MN2的最大电流被限定为所述偏置电流的N分之一。进一步，N的取值可大于1。

所述第一运算放大器Amp1构成负反馈环路，所述负反馈环路保证所述第一NMOS管MN1的漏极电压与所述参考电压Vref基本相等。通过设置所述参考电压Vref的电压值，可保证所述第一NMOS管MN1工作于线性区。由于所述第一NMOS管MN1和所述第二NMOS管MN2均工作于线性区，其匹配性良好，因而所述第二NMOS管MN2的电阻值能准确地进行设定。

进一步，所述参考电压Vref可以由集成在芯片内部的参考电压源提供，也可以由芯片外部的参考电压源提供。在本实施例中，所述有源电阻还包括提供所述参考电压的参考电压源VREF。所述参考电压源VREF的正端连接所述第一运算放大器Amp1的反相输入端，所述参考电压源VREF的负端接地。

实施例3

本实施例提供一种应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器，图4是所述高通滤波器的电路图。所述高通滤波器包括第一电容C1、第二电容C2、第二运算放大器Amp2以及滤波电阻R1，其中，所述滤波电阻R1为实施例1提供的有源电阻或者实施例2提供的有源电阻。所述滤波电阻R1的一端为所述有源电阻的一端，所述滤波电阻R1的另一端为所述有源电阻的另一端。

具体地，所述第一电容C1的一端为所述高通滤波器的输入端，所述第一电容C1的另一端连接所述第二电容C2的一端、所述滤波电阻R1的一端以及所述第二运算放大器Amp2的反相输入端，所述第二运算放大器Amp2的同相输入端接地，所述第二运算放大器Amp2的输出端连接所述第二电容C2的另一端和所述滤波电阻R1的另一端并作为所述高通滤波器的输出端。

本实施例提供的应用于MEMS陀螺仪中的高通滤波器，由于采用实施例1或者实施例2提供的有源电阻作为滤波电阻，所述有源电阻的导通电阻值能够准确地确定，不会因工艺和温度的变化而发生变化，因而所述高通滤波器的3dB带宽点稳定，提高了所述高通滤波器的稳定性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。