使用调制波形的MEMS参数识别制造技术

本发明专利技术涉及使用调制波形的MEMS参数识别。传感器系统包括微机电系统(MEMS)传感器(10)、控制电路(20)、信号评估电路(50)、数模转换器(30)、信号滤波器(40，80)、放大器(60)、解调电路(70)和存储器(22)。所述系统(100)被配置为生成高和低频率信号、将其结合并且将结合的输入信号(19)提供给MEMS传感器。所述MEMS传感器(10)被配置为提供调制的输出信号(17)，该信号是结合的信号(19)的函数。所述系统(100)被配置为解调和过滤所述调制的输出信号(17)、将所解调、过滤的信号(81)和所述输入信号(19)进行比较以确定振幅和相位差异，并且基于所述振幅和相位差异，确定所述MEMS传感器的各种参数。还提供了一种确定MEMS传感器参数的方法(200)。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及使用调制波形的MEMS参数识别。传感器系统包括微机电系统(MEMS)传感器(10)、控制电路(20)、信号评估电路(50)、数模转换器(30)、信号滤波器(40，80)、放大器(60)、解调电路(70)和存储器(22)。所述系统(100)被配置为生成高和低频率信号、将其结合并且将结合的输入信号(19)提供给MEMS传感器。所述MEMS传感器(10)被配置为提供调制的输出信号(17)，该信号是结合的信号(19)的函数。所述系统(100)被配置为解调和过滤所述调制的输出信号(17)、将所解调、过滤的信号(81)和所述输入信号(19)进行比较以确定振幅和相位差异，并且基于所述振幅和相位差异，确定所述MEMS传感器的各种参数。还提供了一种确定MEMS传感器参数的方法(200)。【专利说明】使用调制波形的MEMS参数识别
本专利技术通常涉及在电子系统中利用的微机电系统(MEMS)器件。更具体地说，本专利技术涉及利用调制波形，电测试和识别MEMS器件的参数。
技术介绍
微机电系统(MEMS)传感器被广泛使用于例如汽车用电子设备、惯性制导系统、家用电器、消费性电子产品、保护系统以及许多其它工业的、科学的、工程的和便携系统的应用中。这样的MEMS传感器被用于感应物理状态，例如，加速度、压力、角旋转或温度，并且将代表了感应的物理状态的电信号提供给采用了 MEMS传感器的应用和/或系统。该应用和/或系统可以利用MEMS传感器提供的信息以基于感应的物理状态执行计算、做出决定和/或采取特定行为。 【专利附图】【附图说明】 结合附图(不一定按比例绘制)并参阅详细说明书以及权利要求，对本专利技术会有比较完整的理解。其中在附图中，类似的参考符号表示相似的元素，并且: 图1显示了根据一个实施例所教之内容被配置的MEMS传感器的简化侧视图； 图2显示了根据一个实施例所教之内容被配置的包括图1的MEMS传感器的传感器参数识别和评估系统的方框图； 图3显示了根据替代实施例所教之内容被配置的传感器参数识别和评估系统的方框图； 图4显示了根据另一个替代实施例所教之内容被配置的传感器参数识别和评估系统的方框图； 图5根据一个实施例，显示了传感器参数识别和评估方法的流程图。 【具体实施方式】 由于相对低的成本，电容感应MEMS设计迫切需要在加速度、角旋转、压力环境中以及在小型化的器件中的操作。当经受MEMS器件被设计为对其进行响应的加速度、角旋转、压力或一些其它外部刺激时，电容感应MEMS器件提供了电容的变化，其对应于所应用的刺激的大小。换句话说，在MEMS器件的给定时间的电输出对应于在那个给定时间被应用到MEMS器件的刺激的大小。以这种方式，通过监测MEMS器件的电输出，系统可以确定被应用到不同的MEMS器件的外部刺激(压力、加速度、角旋转等等)的大小，并且使用该信息以帮助确定该系统应该采取什么行为以响应这些刺激。例如，基于MEMS加速计器件的电输出感应汽车的快速减速的汽车气囊系统可以确定有必要展开气囊以保护汽车用户。MEMS器件的一种常见形式是以具有“跷跷板”或“秋千”配置的双层电容换能器的加速计。这种通常利用的换能器类型使用了可移动元件或板，其在衬底上方的Z-轴加速度下旋转。该加速计构造可以测量两个不同的电容以确定差分电容或相对电容，并且将该信息作为输出提供给MEMS加速计。假定MEMS器件的输出被配置为对应于被监测的刺激的大小，被设计为感应其它所应用的刺激的其它MEMS器件可能采用不同的形式。 由于各种因素(制作公差、在取决于制作MEMS器件的地点和时间的处理中的轻微差异等等)，每一个MEMS器件的机电特性(也被称为参数)可能不同。这意味着响应了特定大小的刺激的一个MEMS器件的电输出可能不同于响应了完全相同大小的刺激的第二MEMS器件的电输出。因为使用了 MEMS器件的系统可能使用电输出计算刺激的程度，并且可能使用计算的结果确定是否采取特定行为(例如，展开气囊)，所以识别和评估MEMS器件的参数是重要的，以便使用了 MEMS传感器的系统可以被补偿(抵消)和校准(对增益)以将来自MEMS传感器的给定电输出与应用的刺激的特定的量进行关联。通常，MEMS参数的识别和评估，以及使用了 MEMS传感器的系统的校准，发生在使用了 MEMS传感器的系统出厂之前。参数识别和评估可以通过将实际物理刺激(例如，加速度)应用到系统、测量MEMS传感器的电响应以及将代表了 MEMS参数的值连同代表了任何“改正”或校准因素的值存储在系统中来完成，其中“改正”或校准系数的值需要根据MEMS参数被应用到MEMS传感器的电输出。MEMS参数的识别以及将改正或校准因素应用到MEMS输出有助于确保MEMS传感器输出对应于所应用的刺激的大小。 虽然将不同的刺激物理地应用到MEMS传感器、使用了 MEMS传感器的系统，可以用来识别MEMS参数并提供作为结果的校准数据，以便系统可以正常发挥作用，这样的物理测试可能成本高、费时并且可能对受测系统造成损坏。而且,物理测试各种使用了 MEMS传感器的系统和应用可能需要为受测的每一个应用设计并建立多个特定应用测试站，从而增加了与该测试相关联的成本和时间。此外，虽然在MEMS传感器、使用了 MEMS传感器的系统出厂之前的物理测试可以提供可能在测试的时候是准确的参数值，但是这样的测试忽视了随着时间(以及作为使用和/或损坏的结果)，MEMS器件的机电参数可能改变，从而使初始参数值不再准确，并且可能引起系统故障。最后，如果系统发生故障，通过要求使用了 MEMS器件的系统从端应用(例如，一辆汽车)中被物理地移除以便MEMS器件可以再次被物理地测试评估的MEMS参数，确定故障原因的尝试可能被复杂化。这样的要求可能使使用了 MEMS器件的系统的保养和维修的成本望而却步。 一方面，提供了利用调制电磁信号，而无须将外部物理力应用到MEMS器件的MEMS器件参数的电确定的系统及方法。另一方面，提供了在那些MEMS器件的使用寿命期间利用调制机电信号以测试、监测和评估MEMS器件参数，同时那些器件仍然保持位于使用了 MEMS器件的系统中并且在该系统中发挥作用的系统和方法。因此，在一些实施例中，提供了实现低成本MEMS传感器测试的设计目标、在MEMS传感器的寿命期间重复MEMS传感器参数的识别和评估、没有从应用中移除传感器的MEMS传感器测试、以及在MEMS器件的寿命期间重新校准使用了 MEMS器件的系统的系统及方法。 图1显示了根据一个实施例所教之内容被配置的MEMS传感器10的简化侧视图。MEMS传感器10是被配置了至少一个可移动机械元件14的机电z轴传感器。可移动机械元件14是通过安装系统物理耦合于MEMS传感器10的衬底12的导电准金属(metalloid)板。在替代实施例中，可移动机械元件14是由能够传导电信号的任何材料制成的。图1的简化图显示了该安装系统，其包括物理耦合于衬底12的基架19，和限定可移动机械元件14可以围绕其旋转的挠性轴、物理耦合于基架19和可移动机械元件14的扭力杆11。扭力杆11和基架19由导电材料制成。因为可移动机械元件14、扭力杆11和基架19全都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统MEMS系统，包括：MEMS传感器，具有可移动机械元件，所述可移动机械元件被配置为响应于施加到所述可移动机械元件的电磁信号而可移动，并且还包括传感接触件，所述传感接触件被配置为提供作为输出的对应于所述可移动机械元件的移动的电磁输出信号；控制电路，与所述MEMS传感器的所述可移动机械元件电互通，并且被配置为将包括至少两个振荡频率的电磁输入信号提供给所述MEMS传感器的所述可移动机械元件；以及解调电路，与所述MEMS传感器的所述传感接触件和所述控制电路电互通，并且被配置为解调对应于所述可移动机械元件的移动的所述电磁输出信号并且将解调信号提供给所述控制电路，其中所述控制电路被配置为评估所述解调信号以确定所述MEMS传感器的至少一个特性。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·P·塞斯戈，T·M·达尔，B·J·德伯瑞，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US