用于测量电容性元件之间的电容差的方法和系统技术方案

用于测量电容差的方法和系统。第一和第二电容性元件连接在用于接收第一和第二DC电压的电压接收节点与可经由第一或第二开关连接到第三DC电压的节点之间。在第一阶段，施加电压差以对电容性元件充电，并且这些开关交替地闭合。第一所得电流被测量出。在第二阶段，交替地施加第一和第二DC电压，并且这些开关交替地闭合。第二所得电流被测量出。电容差可根据第一和第二所得电流来确定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量电容性元件之间的电容差的方法和系统
本专利技术涉及用于测量电容性元件之间的电容差的方法和系统。
技术介绍
测量电容在许多测试结构中被用来评估技术性能。然而，该技术的扩展已导致电路中实际使用的电容值降低。当前评估电容匹配的方法不足以准确地测量与电路设计有关的非常小的电容(100fF及充分低)的差异。例如，根据DennisSylvester、JamesC.Chen等人发表在1998年IEEEJSSC的文章“InvestigationofInterconnectCapacitanceCharacterizationUsingCharge-BasedCapacitanceMeasurement(CBCM)TechniqueandThree-DimensionalSimulation(使用基于电荷的电容测量(CBCM)技术和三维仿真对互连电容表征的研究)”，知晓了基于电荷的电容测量方法。该方法能够测量电容器的绝对电容，但其准确度不足。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供用于更准确地测量电容性元件之间的电容差的方法和系统。根据本专利技术，该目的利用独立权利要求的系统和方法来实现。根据本专利技术，第一电容性元件与第二电容性元件之间的电容差按如下方式来测量。使用第一DC电压，不同于第一DC电压的第二DC电压，以及第三DC电压(例如，接地电平)。第一电容性元件连接在第一节点与第二节点之间，第二节点可经由第一开关连接到第三DC电压。第二电容性元件连接在第三节点与第四节点之间，第四节点可经由第二开关连接到第三DC电压，第二开关出于对称原因与第一开关匹配，并且第二和第四节点彼此可连接(例如，彼此直接连接或可由又一开关连接)。在测量的第一阶段，第一DC电压施加于第一节点而第二DC电压施加于第三节点以对电容性元件充电，并且第一和第二开关通过非重叠时钟信号交替地闭合。流经第一和第二开关中的至少一者的第一所得电流被测量出(优选地流经第一和第二开关两者的电流被测量出以获得提高的准确度，尽管这不是必须的)。在测量的第二阶段，第一和第二DC电压交替地施加于第一和第三节点，以交替地对电容性元件充电和放电，并且第一和第二开关通过非重叠时钟信号交替地闭合，在这样的实例中，第一和第二DC电压的所述交替在第一开关或第二开关闭合时发生。流经第一和第二开关中的至少一者的第二所得电流被测量出(优选地流经第一和第二开关两者的电流被测量出，尽管这不是必须的)。根据分别在第一阶段和第二阶段期间测量出的第一和第二所得电流，可以确定电容差。根据本专利技术，准确度首先通过测量设置的对称性来实现：交流差分电压确保了第一和第三节点上的电压彼此匹配；以及匹配的开关确保了这些开关的寄生影响可被正确地消除。根据本专利技术，准确度进一步通过对电路的电容(第一阶段)以及电路的电容连同电容差(第二阶段)的分开测量来实现。结果，仅根据第一和第二阶段期间测量出的电流相减就可以确定电容差。在一个实施例中，通过将第一和第三节点交替地连接到提供第一DC电压的第一DC电源和提供第二DC电压的第二DC电源，使第一和第二DC电压交替地施加于第一和第三节点。在一个示例中，第一DC电压源可以是芯片的Vdd，而第二DC电压源可以是接地电平。以此方式，可以避免需要两个分开的匹配电压源来生成第一和第二电压。在一个实施例中，第一和第二电流通过互阻抗放大器或积分器电路来测量。这样的测量装置对于本专利技术的方法/系统的片上实现而言是合适的示例，尽管不是唯一的示例。在一个实施例中，第一和第二DC电压的交替由具有50％占空比的互补时钟信号来执行，并且用于操作具有第一和第二开关的非重叠时钟信号具有小于50％占空比。优选地，非重叠时钟信号具有超过40％的占空比以使信号的稳定时间最大化。在一个实施例中，第一测量用设定成第一组值的第一、第二和第三DC电压来执行，并且第二测量用设定成与第一组值不同的第二组值的第一、第二和第三DC电压来执行。测量的这一组合可被用来例如提取第一和/或第二电容性元件的依赖于电压的特性。在一个实施例中，第一测量以交替的第一频率和非重叠时钟信号来执行，并且第二测量以交替的第二频率和非重叠时钟信号来执行，第二频率不同于第一频率。以不同频率进行测量可提升测量的准确度。在另一方面，本专利技术涉及用于测量第一导电材料、第二导电材料和第三导电材料之间的位置信息的方法和系统，其中第一和第二导电材料形成第一电容性元件而第二和第三导电材料形成第二电容性元件。在第一步骤中，通过本文描述的方法/系统测量第一电容性元件与第二电容性元件之间的电容差。在第二步骤中，根据测量出的电容差以及第一、第二和第三导电材料的材料参数，确定位置信息。附图说明将通过接下来的描述和随附的附图进一步阐明本专利技术。图1示出根据本专利技术的测试结构的实施例的示意图。图2示出对图1的测试结构的控制和测量。图3示出来自本专利技术的方法/系统的第一可能应用的测量结果：用于测量两个电容性元件之间的电容失配△C。图4示出本专利技术的方法/系统的第二可能应用：对准监视。图5示出片上电容监视系统的实施例。图6示出在图5的系统中使用的时钟发生器的可能电路实现。图7示出可能的MEMS应用的(a)侧视图和(b)俯视图。图8示出通过其可根据测量出的电容失配△C来确定位置信息的图。图9示出根据本专利技术的测试结构及其控制的替换实施例。具体实施方式将针对具体实施例且参考特定附图来描述本专利技术，但是本专利技术不限于此而仅由权利要求书限定。所描述的附图只是示意性的和非限制性的。在附图中，出于说明的目的，一些元件的尺寸可被夸大且不按比例地绘制。尺寸和相对尺寸并不必然对应于对本专利技术实践的实际修正简化。此外，本说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等等用于在类似的元件之间进行区分，而不一定用于描述顺序次序或时间次序。这些术语可在适当环境中互换，并且本专利技术的实施例可以不同于本文中描述或示出的其他顺序操作。此外，本说明书和权利要求书中的术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于描述性目的，而不一定用于描述相对位置。这样使用的术语可在适当的环境中互换，并且本文中所述的本专利技术的实施例可以不同于本文中描述或示出的其他取向操作。权利要求中所使用的术语“包括”不应被解释为限于此后列出的装置；它不排除其他元件或步骤。它需要被解释为指定存在如所引用的所述特征、整体、步骤或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤或组件、或者其组合。因此，措辞“包括装置A和B的设备“的范围不应当局限于仅由组件A和B构成的设备。这意味着相对于本专利技术而言，设备的相关组件是A和B。本专利技术的测量方法一般通过图1和2来解释，图1和2示出根据本专利技术的测量设置和施加的信号的示例。如图1中所示，该设置包括用于提供两个不同电压(表示为“Vcharge1”和“Vcharge2”)的电压源装置，这两个电压源装置用于对电容性元件充电和放电。该设置还包括第一节点N1和第二节点N2，其间可连接第一电容性元件，一般表示为“待测设备”1，即DUT1；以及第三节点N3和第四节点N4，其间可连接第二电容性元件，一般表示为“待测设备”2，即DUT2。第二节点N2经由第一开关T1可接地GND，接地电平是此处定义的“第三DC电压”的一个示例。第四节点N4经由第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量第一电容性元件(DUT1)与第二元件(DUT2)之间的电容差(△C)的方法，所述方法包括以下步骤：提供第一DC电压(Vhigh)、不同于所述第一DC电压的第二DC电压(Vlow)、以及第三DC电压(GND)；将所述第一电容性元件(DUT1)连接在第一节点(N1)与第二节点(N2)之间，所述第二节点能经由第一开关(T1)连接到所述第三DC电压(GND)；将所述第二电容性元件(DUT2)连接在第三节点(N3)与第四节点(N4)之间，所述第四节点能经由与所述第一开关匹配的第二开关(T2)连接到所述第三DC电压(GND)，并且所述第二和第四节点(N2、N4)能彼此连接；在第一阶段：‑将所述第一DC电压(Vhigh)施加于所述第一节点(N1)并且将所述第二DC电压(Vlow)施加于所述第三节点(N3)，以对所述电容性元件(DUT1、DUT2)充电；‑通过非重叠时钟信号(Vset1、Vset2)交替地闭合所述第一和第二开关(T1、T2)，并且测量流经所述第一和第二开关(T1、T2)中的至少一者的第一所得电流(I1、I2)；在第二阶段：‑将所述第一和第二DC电压(Vhigh、Vlow)交替地施加于所述第一和第三节点(N1、N3)，以交替地对所述电容性元件(DUT1、DUT2)充电和放电；‑通过所述非重叠时钟信号(Vset1、Vset2)交替地闭合所述第一和第二开关(T1、T2)，在这样的实例中，所述第一和第二DC电压(Vhigh、Vlow)的所述交替在所述第一开关或所述第二开关闭合时发生，并且测量流经所述第一和第二开关(T1、T2)中的至少一者的第二所得电流(I1、I2)；根据分别在所述第一阶段和所述第二阶段期间测量出的所述第一和第二所得电流(I1、I2)，确定所述电容差(△C)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.23 EP 11195723.91.一种用于测量第一电容性元件(DUT1)与第二电容性元件(DUT2)之间的电容差(ΔC)的方法，所述方法包括以下步骤：提供第一DC电压(Vhigh)、不同于所述第一DC电压的第二DC电压(Vlow)、以及第三DC电压(GND)；提供测量电路，包括：第一开关(T1)和与所述第一开关(T1)匹配的第二开关(T2)；第一节点(N1)和第二节点(N2)，其间能连接所述第一电容性元件(DUT1)，所述第二节点(N2)能经由所述第一开关(T1)连接到所述第三DC电压(GND)；第三节点(N3)和第四节点(N4)，其间能连接所述第二电容性元件(DUT2)，所述第四节点(N4)能经由所述第二开关(T2)连接到所述第三DC电压(GND)，并且所述第二和第四节点(N2、N4)彼此连接；将所述第一电容性元件(DUT1)连接在所述第一节点(N1)与所述第二节点(N2)之间；将所述第二电容性元件(DUT2)连接在所述第三节点(N3)与所述第四节点(N4)之间；在第一阶段：-将所述第一DC电压(Vhigh)施加于所述第一节点(N1)并且将所述第二DC电压(Vlow)施加于所述第三节点(N3)，以对所述电容性元件(DUT1、DUT2)充电；-通过非重叠时钟信号(Vset1、Vset2)交替地闭合所述第一和第二开关(T1、T2)，并且测量流经所述第一和第二开关(T1、T2)中的至少一者的第一所得电流(I1、I2)；在第二阶段：-将所述第一和第二DC电压(Vhigh、Vlow)交替地施加于所述第一和第三节点(N1、N3)，以交替地对所述电容性元件(DUT1、DUT2)充电和放电；-通过所述非重叠时钟信号(Vset1、Vset2)交替地闭合所述第一和第二开关(T1、T2)，在这样的实例中，所述第一和第二DC电压(Vhigh、Vlow)的所述交替在所述第一开关或所述第二开关闭合时发生，并且测量流经所述第一和第二开关(T1、T2)中的至少一者的第二所得电流(I1、I2)；根据分别在所述第一阶段和所述第二阶段期间测量出的所述第一和第二所得电流(I1、I2)的相减，确定所述电容差(ΔC)。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过交替地将所述第一节点(N1)和所述第三节点(N3)连接到提供所述第一DC电压的第一DC电压源和提供所述第二DC电压的第二DC电压源，使第所述一和第二DC电压(Vhigh、Vlow)交替地施加于所述第一和第三节点(N1、N3)。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二DC电压的交替由具有50％占空比的互补时钟信号来执行，并且用于操作所述第一和第二开关(T1、T2)的非重叠时钟信号(Vset1、Vset2)具有小于50％的占空比。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三DC电压是接地电压电平(GND)。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一阶段中，所述第一和第二DC电压(Vhigh、Vlow)以相对于所述第二阶段反相180°的方式交替地施加于所述第一和第三节点(N1、N3)。6.一种用于测量第一导电材料、第二导电材料和第三导电材料之间的位置信息的方法，其中所述第一和第二导电材料形成第一电容性元件而所述第二和第三导电材料形成第二电容性元件，所述方法包括：第一步骤，通过权利要求1-5中的任一项所述的方法测量所述第一电容性元件与所述第二电容性元件之间的电容差；以及第二步骤，根据测量出的电容差以及所述第一、第二和第三导电材料的材料参数，确定所述位置信息。7.一种用于测量第一电容性元件(DUT1)与第二电容性元件(DUT2)之间的电容差(ΔC)的系统，所述系统包括以下组件：电压源...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·范德帕拉斯，泽田宪，宫森雄壹，A·安查理亚，A·米尔查，
申请(专利权)人：IMEC公司，索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：比利时;BE