具有自测试模式的MEMS传感器装置制造方法及图纸

一种微机电系统(MEMS)装置包括：微机电系统(MEMS)传感器；检测器电路；控制器电路，该控制器电路与该MEMS传感器耦合；第一连接件，该第一连接件布置在该MEMS传感器的第一输出与该检测器电路的第一输入之间；第二连接件，该第二连接件布置在该MEMS传感器的第二输出与该检测器电路的第二输入之间；以及第一开关，该第一开关布置在该第一连接件中。该控制器电路被配置成在第一测试模式期间断开该第一开关，以便连接该检测器电路的仅单个输入与该MEMS传感器的输出。可以提供另一开关以将该MEMS传感器的两个输出连接到该检测器电路的单个输入。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有自测试模式的微机电系统(MEMS)装置，例如，紧凑型MEMS加速度计装置。
技术介绍
MEMS装置典型地包括大小在1微米到100微米(即，0.001mm到0.1mm)之间并且一般来说大小在从20微米(0.02mm)到1毫米范围内的组件。MEMS装置可以由与周围环境相互作用的若干组件构成，例如，微传感器。此类微传感器的例子是加速度传感器，加速度传感器典型地包括质量块，该质量块可在加速度影响下相对于装置的主体移动。MEMS加速度传感器典型地包括由几对配合的表面构成的电容器，每对中的一个表面位于可移动主体上并且每对中的另一个表面位于传感器的主体上。取决于加速度方向，因加速度引起的移动可以致使电容器的电容值发生变化。在一些类型的加速度传感器中，可以通过将激励电压施加到电容器并且测量流入可移动质量块中的任何电流来确定电容值的此变化。MEMS传感器正日益小型化。为节省空间，传感器的端可以具有双重用途，同时用作激励端以及用作测试端。激励端用来向传感器提供激励电压，从而允许感测或测量所要参数。测试端用来提供测试电压以测试传感器。在一些传感器中，例如，在多对可移动主体能够在相同方向上以及在相反方向上移动的差分加速度传感器中，这些端因传感器布置的对称性而不可能具有直接的双重用途，典型地，当可移动主体在测试期间在相反方向上移动时不产生输出信号。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种微机电系统(MEMS)装置，包括MEMS传感器；检测器电路；控制器电路，所述控制器电路与所述MEMS传感器耦合；第一连接件，所述第一连接件耦合到所述MEMS传感器的第一输出和所述检测器电路的第一输入；第二连接件，所述第二连接件耦合到所述MEMS传感器的第二输出和所述检测器电路的第二输入；以及第一开关，所述第一开关布置在所述第一连接件中，并且被配置成由所述控制器电路控制，其中所述控制器电路被配置成在第一测试模式期间断开所述第一开关，以便连接所述检测器电路的仅单个输入与所述MEMS传感器的输出。根据本专利技术的另一个方面，提供一种操作微机电系统(MEMS)装置的方法，包括在第一测试模式期间，断开在MEMS传感器的第一输出与检测器电路的第一输入之间的第一开关，以便连接所述检测器电路的仅单个输入与所述MEMS传感器的输出；在所述第一测试模式期间，向所述MEMS传感器的激励端提供测试激励信号；以及在所述第一测试模式期间，检测流过所述检测器电路的所述单个输入的任何电流。附图说明将参考图式仅借助于例子描述本专利技术的另外的细节、方面和实施例。为简单和清晰起见示出各图中的元件，并且这些元件未必按比例绘制。在各图中，与已经描述的元件相对应的元件可以具有相同的附图标记。图1示意性地示出在操作中的差分MEMS加速度传感器装置的例子。图2示意性地示出用于差分MEMS加速度传感器的激励电压的例子。图3示意性地示出在测试模式中的差分MEMS加速度传感器装置的例子。图4示意性地示出根据本专利技术的MEMS传感器装置的第一实施例。图5示意性地示出根据本专利技术的MEMS传感器装置的第二实施例。图6示意性地示出根据本专利技术的MEMS传感器装置的第三实施例。图7示意性地示出根据本专利技术的MEMS传感器装置的第四实施例。图8示意性地示出根据本专利技术的MEMS传感器装置的第五实施例。图9示意性地示出根据本专利技术的MEMS装置的操作方法的第一实施例。图10示意性地示出根据本专利技术的MEMS装置操作方法的第二实施例。具体实施方式如上所述，MEMS传感器的端可以具有双重用途，同时用作激励端以及用作测试端，但是传感器的对称性会阻止在测试期间产生输出信号。在本专利技术的实施例中，通过以不对称方式读取传感器值，可能实现差分MEMS传感器的端的双重用途。为此目的，在本专利技术的实施例中，可以使用开关，这些开关在测试模式中连接检测器电路的仅单个输入与MEMS传感器的输出。在本专利技术的实施例中，可以使用交叉连接的至少一个另外的开关来连接检测器电路的仅单个输入与MEMS传感器的两个输出，以便提高MEMS装置的灵敏度。在下文中，为了便于理解，描述在操作中的电路。然而，很明显，对应的元件被布置成执行被描述为通过这些元件执行的功能。图1中示意性地示出了根据现有技术的MEMS传感器装置。图1的装置包括传感器单元10和检测器单元20。传感器单元10包括标记为质量块1的第一可移动质量块和标记为质量块2的第二可移动质量块。每个可移动质量块布置在两个静止的板之间：第一质量块在板S11与S12之间，并且第二质量块在板S21与S22之间。每个板与质量块的表面间隔开并且面向该表面，以便分别构成电容器C11、C12、C21和C22。由于电容器的电容随电容器的表面之间的距离而变化，因此电容的变化可以表示质量块的移动以及因此表示加速度。质量块能够在加速度影响下沿着至少一个轴线移动。在图1中示出的例子中，归因于加速度，两个质量块分别在方向D1和D2上移动。可见，在当前的例子中，这些方向相同。应注意，图1中示出的布置是配置用于检测或测量在仅一个维度中的加速度，例如竖直方向(Y轴)。利用两个这种布置，可以在两个维度中检测或测量加速度，例如水平和竖直方向(X轴和Y轴)。另外的第三布置(该第三布置不必与前两个布置相同)允许在全部三个维度中检测加速度。内板S12和S21连接到第一激励端ET1，而外板S11和S22电连接到第二激励端ET2。如图2A中所示，可以向这些端施加激励电压。激励电压用来产生与因电容变化引起的任何电荷位移相对应的电流。这些电流(与图1中的电荷Q1和Q2的位移对应)可以通过检测器单元20检测到，并被转换成指示加速度的输出电压Vout。在图2A的例子中，等于参考电压Vref的激励电压EV1和EV2通常分别被施加到激励或输入端ET1和ET2。在一些应用中，电压Vref可以是0.8V或1.0V，但是这将取决于特定的MEMS传感器。质量块1和质量块2这两个可移动质量块通常还因它们与检测器单元20连接而处于参考电压Vref下。在一些实施例中，检测器单元20可以包括另外组件，例如电阻器，使得检测器的输入端以及因此质量块通常处于等于参考电压Vref的电压下。在激励阶段期间，第一激励电压EV1(由连续线指示)初始地升高到2×Vref，而第二激励电压EV2(由中断线指示)降低为零，因此跨输入端ET1和ET2形成2×Vref的电压差。此电压差将对电容器C11、C12、C21和C22充电。在没有加速度的情况下，例如，电容器C11和C12的电容将大致相等，并且流过电容器C11的电流将大致等于流过电容器C12的电流。然而，在存在加速度的情况下，第一可移动质量块将(例如)在图1中指示的方向D1上移动。由于此移动，电容器C11的电容将升高(由板S11与质量块1之间的较小距离引起)，而电容器C12的电容将下降(由板S12与质量块1之间的较大距离引起)。因此，通过电容器C11的电流将大于通过电容器C12的电流。电流中的此差值将通过从检测器20流入质量块1中的电流补偿，因此使电荷Q1发生位移。当第二可移动质量块在经历加速度时在方向D2(方向D2在图1的例子中等于方向D1)上移动时，与电荷Q2对应的电流将流入质量块2这个第二可移动质量块中。在图2A的例子中，激励阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统(MEMS)装置，其特征在于，包括MEMS传感器；检测器电路；控制器电路，所述控制器电路与所述MEMS传感器耦合；第一连接件，所述第一连接件耦合到所述MEMS传感器的第一输出和所述检测器电路的第一输入；第二连接件，所述第二连接件耦合到所述MEMS传感器的第二输出和所述检测器电路的第二输入；以及第一开关，所述第一开关布置在所述第一连接件中，并且被配置成由所述控制器电路控制，其中所述控制器电路被配置成在第一测试模式期间断开所述第一开关，以便连接所述检测器电路的仅单个输入与所述MEMS传感器的输出。

【技术特征摘要】
2015.06.30 IB PCT/IB2015/0013411.一种微机电系统(MEMS)装置，其特征在于，包括MEMS传感器；检测器电路；控制器电路，所述控制器电路与所述MEMS传感器耦合；第一连接件，所述第一连接件耦合到所述MEMS传感器的第一输出和所述检测器电路的第一输入；第二连接件，所述第二连接件耦合到所述MEMS传感器的第二输出和所述检测器电路的第二输入；以及第一开关，所述第一开关布置在所述第一连接件中，并且被配置成由所述控制器电路控制，其中所述控制器电路被配置成在第一测试模式期间断开所述第一开关，以便连接所述检测器电路的仅单个输入与所述MEMS传感器的输出。2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，另外包括布置在所述第二连接件中的第二开关，其中所述控制器电路另外被配置成在所述第一测试模式期间闭合所述第二开关。3.根据权利要求2所述的MEMS装置，其特征在于，所述控制器电路另外被配置成在第二测试模式期间，闭合所述第一开关并断开所述第二开关，其中所述第一测试模式和所述第二测试模式可以交替地连接所述检测器电路的单个输入与所述MEMS传感器的输出。4.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，另外包括第三连接件，所述第三连接件在所述MEMS装置的所述第一输出与所述检测器电路的所述第二输入之间；以及第三开关，所述第三开关布置在所述第三连接件中，并且被配置成由所述控制器电路控制，其中所述控制器电路被配置成在第一测试模式期间闭合所述第三开关，以便连接所述检测器电路的仅单个输入与所述MEMS传感器的两个输出。5.根据权利要求4所述的MEMS装置，其特征在于，另外包括第四连接件，所述第四连接件在所述MEMS传感器的所述第二输出与所述检测器电路的所述第一输入之间；以及第四开关，所述第四开关布置在所述第四连接件中，并且被配置成由所述控制器电路控制，其中所述控制器电路另外被配置成在所述第一测试模式期间断开所述第四开关，以便连接所述检测器电路的仅单个输入与所述MEMS传感器的两个输出。6.根据权利要求5所述的MEMS装置，其特征在于，所述控制器电路另外被配置成在第二测试模式期间，断开所述第三开关并闭合所述第四开关，其中所述第一测试模式和所述第二测试模式可以交替地连接所述检测器电路的仅单个输入与所述MEMS传感器的两个输出。7.根据权利要求1所述的MEMS装置，其特征在于，另外包括第五开关，所述第五开关布置在所述检测器电路的所述第一输入与连接到参考电压端的第一电容器之间，所述第五开关被配置成由所述控制器电路控制；以及第六开关，所述第六开关布置在所述检测器电路的所述第二输入与连接到所述参考电压端的第二电容器之间，所述第六开关被配置成由所述控制器电路控制，其中所述控制器电路被配置成在所述第一测试模式期间，断开所述第五开关并闭合所述第六开关，并且在第二测试模式期间，闭合所述第五开关并断开所述第六开关，以便交替地经由电容器将一个输入连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：热罗姆·易雅尔贝，马格丽特·莱斯莉·尼芬，安德鲁·C·麦克尼尔，
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