用于校准微机电系统的方法和装置制造方法及图纸

本申请公开了用于校准微机电系统的方法和装置。压力传感器校准装置(100)包括：第一压力传感器(104)设置在其中的压力室(110)；一个或多个第一传感器(112)，其用于测量来自所执行的物理测试的第一压力传感器的第一电容值；该一个或多个第一传感器用于测量来自对第一压力传感器执行的第一电气测试的第二电容值；以及相关器(118)，其用来基于在对第一压力传感器的物理测试期间确定的第一电容值以及在对第一压力传感器的第一电气测试期间确定的第二电容值来确定相关系数值；以及校准器(314)，其用来基于相关系数值以及在对第二压力传感器(304)进行第二电气测试期间确定的第三电容值来确定校准系数值以便校准第二压力传感器。

Methods and devices used to calibrate microelectromechanical systems

The present disclosure discloses a method and device for calibrating MEMS. The pressure sensor calibration device (100) includes the first pressure sensor (104) set in the pressure chamber (110), one or more first sensors (112), which are used to measure the first capacitance value of the first pressure sensor from the physical test performed, and the one or more first sensors are used to measure from the first pressure transmission. The second capacitance value of the first electrical test performed by the sensilla; and the correlator (118), which is used to determine the correlation system values based on the first capacitance value determined during the physical test of the first pressure sensor and the second capacitance value determined during the first electrical test of the first pressure sensor; and the calibrator (314), It is used to determine the calibration value in order to calibrate the second pressure sensor based on the correlation system value and the third capacitance value determined during the second electrical test of the second pressure sensor (304).

【技术实现步骤摘要】
用于校准微机电系统的方法和装置
本公开总体涉及微机电系统，并且更具体地涉及用于校准微机电系统的方法和装置。
技术介绍
诸如，例如压力传感器的微机电系统(MEMS)是相对非线性的设备。基于这种非线性和压力传感器之间的差异，通常单独校准每个压力传感器。这种方法可能增加用于校准压力传感器的设备的资金成本，和/或增加专用于校准每个压力传感器的时间。附图说明图1是根据本公开的教导的在示例性测试阶段期间用于校准微机电系统的示例性系统的示意图。图2是图1的示例性相关器的示意图。图3是根据本公开的教导的在示例性测试阶段期间用于校准微机电系统的示例性系统的示意图。图4是图3的示例性校准器的示例性实现方式的示意图。图5是示出使用本文公开的示例而获得的结果的电容对比压力的示例性曲线图。图6是示出使用本文公开的示例而获得的结果的电容对比电压的示例性曲线图。图7是基于使用本文公开的示例而获得的结果产生的相关曲线的示例性曲线图。图8是表示机器可读指令的流程图，所述机器可读指令可以被执行以便实现图1-图4的示例性相关器和示例性校准器。图9是表示机器可读指令的流程图，所述机器可读指令可以被执行以实现图1和图2的相关器，并且执行图8的过程以便为不同压力值确定相关系数值。图10是表示机器可读指令的流程图，其可以被执行以实现图3和图4的校准器，并且执行图8的过程以便为第二传感器确定校准系数值。图11和图12示出了可以执行图8-图10的指令以实现图1-图4的示例性相关器和示例性校准器的处理器平台。附图不按比例。在一切可能之处，在整个图纸和附带的书面描述中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。具体实施方式本文公开的示例涉及校准微机电系统(MEMS)，诸如，例如压力传感器和/或基于电容的大气压力传感器。具体地，本文公开的示例涉及在训练阶段对第一压力传感器执行测试以及在测试阶段期间使用在训练阶段期间确定的相关系数值来校准第二压力传感器。通过采取这种方法，本文公开的示例能够基于通过测试较少数量的压力传感器而确定的相关系数值有效地校准大量压力传感器。这样，所公开的示例避免通过对位于压力室内的每个压力传感器执行压力扫描(sweep)来校准压力传感器的耗时过程。在一些示例中，训练阶段包括对第一压力传感器执行物理测试和电气测试。(多个)物理测试可包括将第一压力传感器暴露于各种压力(例如，执行压力扫描)并且确定所得的(多个)电容值。在一些示例中，等式1用于说明在环境压力下的第一压力传感器的电容，或者更一般地说，用于关联在物理测试期间确定的压力值和电容值，其中Cpx对应于特定压力下的电容，并且Cp＝1013hPa对应于1013百帕(hPa)下的电容。等式1：f(Cp)＝Cpx-Cp＝1013hPa在一些示例中，(多个)电气测试包括向第一压力传感器施加各种电压(例如，执行电压扫描)并且确定所得的(多个)电容值。在(多个)电气测试期间施加的电压可以是直流(DC)电压。在一些示例中，等式2用于说明在向第一压力传感器施加最小电压(例如，0V)时的第一压力传感器的电容，或者更一般地说，用于关联在(多个)电气测试期间确定的电压值和电容值。参考等式2，Cmin对应于最小电容值(例如，处于0伏)，并且Cmin+δV对应于在V＝Vmin+δV下的电容。等式2：基于在物理测试期间确定的压力值和电容值以及在电气测试期间确定的相关联的电压值和电容值，在一些示例中，使用二阶多项式函数(诸如，例如等式3的二阶多项式函数)来确定相关系数值。参考等式3，b1对应于第一相关系数，b2对应于第二相关系数，b3对应于第三相关系数，f(Cp)对应于物理域中的电容，并且f(Cv)对应于电气域中的电容。等式3：f(Cp)＝b1f(Cv)2+b2f(Cv)+b3在训练阶段之后，可以执行测试阶段。测试阶段可以包括对第二压力传感器执行电气测试并且确定所得的(多个)电容值。在一些示例中，在测试阶段中，向第二压力传感器施加第一电压值和第二电压值以便确定所得的电容。第一电压值可以是0伏并且第二电压值可以是3伏。基于在测试阶段期间对第二压力传感器执行的电气测试以及在训练阶段期间确定的相关系数值，在一些示例中，针对不同压力值下的第二压力传感器确定电容值，而不用对第二压力传感器执行物理测试。换言之，可以预测第二压力传感器的电容值，而不用将第二压力传感器暴露于不同压力并确定所得的电容。在一些示例中，等式4用于针对第二压力传感器中的一个确定针对选定压力值的电容值。等式4：Cpx＝b1f(Cv)2+b2f(Cv)+b3+Cp＝1013hPa为了推算使用等式4确定的电容值和压力值，在一些示例中，使用传感器等式拟合(诸如，例如等式5的传感器等式拟合)。在一些示例中，传感器等式拟合是列文伯格-马夸尔特算法(LMA)。参考等式5，Ap是指在测试阶段中校准的压力传感器的板面积，ε0对应于在测试阶段中校准的压力传感器内的自由空间电容率(permittivity)，并且xp对应于如等式6限定的在测试阶段中校准的压力传感器的峰值板位移。进一步参考等式5，g0对应于如等式7限定的在测试阶段中校准的压力传感器的有效间隙(例如，545.6纳米(nm))，δxp对应于在测试阶段中校准的压力传感器的位移调整(例如，零点偏移)，并且Cpar对应于在测试阶段中校准的压力传感器的寄生偏移(例如，3.2皮可法拉(pF))。等式5：参考等式6，a对应于在测试阶段中校准的压力传感器的板半径，并且D对应于如等式8限定的在测试阶段中校准的压力传感器的抗弯刚度(flexuralrigidity)。等式6：参考等式7，gnoox对应于在测试阶段中校准的压力传感器的气隙，tox对应于在测试阶段中校准的压力传感器的氧化物厚度，并且εr，ox对应于在测试阶段中校准的压力传感器的氧化物的相对电容率。等式7：参考等式8，E对应于杨氏模量，v对应于泊松比，并且t对应于在测试阶段中校准的压力传感器的板厚度(如，8微米(μm))。等式8：在一些示例中，为了减小解决方案的复杂性，例如使用等式9对传感器等式拟合的平方倒数结果执行n阶多项式拟合(例如，4阶多项式)。参考等式9，C对应于使用等式5确定的电容，ai对应于多项式系数，并且对应于来自多项式拟合的压力结果向量。在一些示例中，所执行的多项式拟合是5阶(5thorder)多项式拟合，并且输出包括用于校准第二压力传感器的校准系数值。等式9：图1示出了示例性校准系统100，其可用于以成本有效且高效的方式校准包括压力传感器的微机电系统(MEMS)。在所示的示例中，校准系统100包括示例性训练阶段102，其对第一压力传感器104执行物理测试和电气测试并且使用物理测试和电气测试的结果来确定相关系数值。虽然所示的示例描绘了训练阶段102中的一个压力传感器(即，第一压力传感器104)，但在其它示例中，在训练阶段102期间可以使用任何数量的压力传感器。为了能够在训练阶段102期间对第一压力传感器104执行物理测试，在所示的示例中，校准系统100包括：示例性压力控制器106、示例性压力传感器和/或压力计108、第一压力传感器104设置在其中的示例性压力室110、以及示例性电容传感器112。在一些示例中，为了对第一压力传感器104执行物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器校准装置，其包括：相关器，其用来基于在对第一压力传感器的物理测试期间确定的第一电容值以及在对所述第一压力传感器的第一电气测试期间确定的第二电容值来确定相关系数值，所述物理测试包括将所述第一压力传感器暴露于第一压力以及基于施加的所述第一压力来确定所述第一电容值，所述第一电气测试包括将所述第一压力传感器暴露于第一电压以及基于施加的所述第一电压来确定所述第二电容值；以及校准器，其用来基于所述相关系数值以及在对第二压力传感器的第二电气测试期间确定的第三电容值来确定校准系数值以便校准所述第二压力传感器，所述第二电气测试包括将所述第二压力传感器暴露于第二电压以及基于施加的所述第二电压来确定所述第三电容值。

【技术特征摘要】
2016.11.30 US 15/365,5881.一种压力传感器校准装置，其包括：相关器，其用来基于在对第一压力传感器的物理测试期间确定的第一电容值以及在对所述第一压力传感器的第一电气测试期间确定的第二电容值来确定相关系数值，所述物理测试包括将所述第一压力传感器暴露于第一压力以及基于施加的所述第一压力来确定所述第一电容值，所述第一电气测试包括将所述第一压力传感器暴露于第一电压以及基于施加的所述第一电压来确定所述第二电容值；以及校准器，其用来基于所述相关系数值以及在对第二压力传感器的第二电气测试期间确定的第三电容值来确定校准系数值以便校准所述第二压力传感器，所述第二电气测试包括将所述第二压力传感器暴露于第二电压以及基于施加的所述第二电压来确定所述第三电容值。2.根据权利要求1所述的压力传感器校准装置，其中所述相关器包括压力/电容相关器，所述压力/电容相关器用于处理所述第一电容值以便确定说明在环境压力下的最小电容的第四电容值，所述相关器用于使用所述第四电容值来确定所述相关系数值。3.根据权利要求1所述的压力传感器校准装置，其中所述相关器包括电压/电容相关器，所述电压/电容相关器用于处理所述第二电容值以便确定说明向所述第一压力传感器施加的最小电压的第四电容值，所述相关器用于使用所述第四电容值来确定所述相关系数值。4.根据权利要求1所述的压力传感器校准装置，其中所述校准器用于确定所述校准系数值，以便校准所述第二压力传感器而不用对所述第二压力传感器执行物理测试。5.根据权利要求1所述的压力传感器校准装置，其中所述校准器包括重构器，所述重构器用于预测所述第二压力传感器的第四电容值而不用对所述第二压力传感器执行物理测试。6.根据权利要求1所述的压力传感器校准装置，其中所述校准器用于确定包括所述第二压力传感器的多个压力传感器的校准系数值。7.根据权利要求1所述的压力传感器校准装置，其中所述相关器用于产生表格以便将所述相关系数值与所述第一压力相关联。8.一种校准压力传感器的方法，其包括：通过用至少一个处理器执行指令，基于在对第一压力传感器的物理测试期间确定的第一电容值以及在对所述第一压力传感器的第一电气测试期间确定的第二电容值来确定相关系数值；以及通过用至少一个处理器执行指令，基于所述相关系数值以及在对第二压力传感器的第二电气测试期间确定的第三电容值来确定校准系数值以便校准所述第二压力传感器。9.根据权利要求8所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·H·M·纳加尔，I·O·维根，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US