自测信号和线性加速度信号的实时隔离制造技术

MEMS加速度计包括响应于感测到的线性加速度而同相移动的检验质块。自测驱动电路系统将异相移动赋予到检验质块上。将检验质块的响应于线性加速度和自测移动的运动感测为公共感测电极上的感测信号。处理电路系统提取出与由线性加速度引起的同相移动对应的线性加速度信号和与由自测驱动信号引起的异相移动对应的自测信号。应的自测信号。应的自测信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自测信号和线性加速度信号的实时隔离

技术介绍

[0001]诸如智能手机、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人机、电器、飞行器、锻炼辅助装置和游戏控制器之类的许多物品在其运行期间使用传感器(例如，运动传感器、压力传感器、温度传感器等)。在商业应用中，诸如加速度计和陀螺仪之类的微机电(MEMS)传感器捕获复杂的移动并确定方位或方向。例如，智能手机被配备有加速度计和陀螺仪，以了解智能手机的移动、补充依赖全球定位系统(GPS)信息的导航系统、以及执行许多其他功能。可穿戴装置和物联网(IoT)装置不断地测量人、动物或电子装置的移动和其他特性。在另一示例中，无人机和飞行器基于陀螺仪测量(例如，横滚、纵摇和偏航)来确定方位，以及所有类型的车辆实施辅助驾驶以改善安全性(例如，识别打滑或翻滚情况)。
[0002]诸如MEMS加速度计之类的MEMS传感器表现出某些灵敏度，当不加以有效地解决时，这些灵敏度劣化感测运行的质量，并且随着时间的推移更是如此。制造公差、机械产品磨损和运行电子漂移导致不精确的感应检测。在传感器制造以及安装在最终使用产品内期间，传感器可能遭受引起灵敏度误差效应的产品应力和变形。例如，诸如加速度计之类的基于电容的MEMS传感器可能遭受随着时间的推移的感测电路增益变化和感测电容器间隙变化。为了防止这些问题，制造商试图补偿与理想的或设计的灵敏度的偏差。例如，制造自测程序，通过向传感器施加惯性力或向传感器检验质块施加静电力并测量违背预期结果的响应传感器行为来模拟真实世界运行。然后制造商有机会来调整灵敏度偏差。
[0003]在一些情况下，通过实时监测来测试加速度计产品的不希望的灵敏度变化。实时监测MEMS加速度计灵敏度变化的方式之一是通过施加被设计为引起MEMS加速度计的检验质块部件相对于感测电极的预期物理移动的自测信号，以及测量检验质块加速度响应。自测程序尝试模拟响应于加速度的移动。

技术实现思路

[0004]一种微机电(MEMS)加速度计，包括第一检验质块、第二检验质块、第一电极和第二电极。第一电极被定位成与第一检验质块相邻以感测第一检验质块的响应于沿第一轴的线性加速度而沿第一轴的移动。第二电极被定位成与第二检验质块相邻以感测第二检验质块的沿第一轴的移动。第一检验质块和第二检验质块响应于沿第一轴的线性加速度而沿第一轴同相移动。自测驱动电路系统耦合到第一检验质块和第二检验质块。自测驱动电路系统被配置为使第一检验质块和第二检验质块沿第一轴异相移动。处理电路系统耦合到第一电极和第二电极且被配置为接收感测信号并从感测信号中提取与检验质块的异相移动对应的自测信号和与检验质块的同相移动对应的线性加速度信号。
[0005]一种自测微机电(MEMS)加速度计的方法，包括将处于第一极性的自测驱动信号施加到第一检验质块，和将处于第二极性的自测驱动信号施加到第二检验质块。自测驱动信号的第一极性与自测驱动信号的第二极性相反。将第一极性的自测驱动信号施加到第一检验质块和将第二极性的自测驱动信号施加到第二检验质块引起第一检验质块和第二检验质块沿第一轴异相移动。该方法还包括检测包括线性加速度信号和自测感测信号的感测信
号。线性加速度信号对应于第一检验质块和第二检验质块的同相移动，而自测感测信号对应于第一检验质块和第二检验质块的异相移动。从感测信号中提取自测感测信号和线性加速度信号。
附图说明
[0006]在结合附图考虑以下详细描述后，本公开的上述和其他特征、其性质和各种优点将更加清楚，其中：
[0007]图1描绘了根据本公开的至少一些实施例的示例性运动感测系统；
[0008]图2描绘了根据本公开的至少一些实施例的平面外MEMS加速度计的检验质块的示例性移动；
[0009]图3A
‑
图3D描绘了根据本公开的至少一些实施例的用于平面内MEMS加速度计的示例性MEMS加速度计检验质块配置；
[0010]图4A描绘了根据本公开的至少一些实施例的具有同相自测的示例性MEMS加速度计自测响应的图形表示；
[0011]图4B描绘了根据本公开的至少一些实施例的具有异相自测的示例性MEMS加速度计自测响应的图形表示；
[0012]图5描绘了根据本公开的至少一些实施例的示例性自测和感测电路系统；
[0013]图6描绘了根据本公开的至少一些实施例的当没有力施加到MEMS加速度计检验质块时在自测和感测电路系统的不同级处的示例性信号；
[0014]图7描绘了根据本公开的至少一些实施例的响应于施加到MEMS加速度计检验质块的线性加速度的在自测和感测电路系统的不同级处的示例性信号；
[0015]图8描绘了根据本公开的至少一些实施例的响应于施加到MEMS加速度计检验质块的异相自测力的在自测和感测电路系统的不同级处的示例性信号；
[0016]图9描绘了根据本公开的至少一些实施例的响应于施加到MEMS加速度计检验质块的线性加速度和异相自测力两者的在自测和感测电路系统的不同级处的示例性信号；和
[0017]图10图示了根据本公开的至少一些实施例的示例性MEMS加速度计自测过程的步骤。
具体实施方式
[0018]在诸如汽车工业之类的一些应用中，消费者安全要求鼓励在整个产品生命周期内保持对严格产品规范的遵守。实时地并在装置现场运行期间监测MEMS传感器装置的传感器产品灵敏度变化，以识别运行中的变化和根据这些变化提供后续的补偿或调整。这种监测还允许在整个产品生命周期中持续报告产品的运行状况。诸如部件位移或磨损之类的产品性能劣化的通知提供了对部件运行进行调整或补偿的机会。根据一些实施例和方法，公开了一种用于监测和补偿现场MEMS传感器装置的灵敏度变化的实时、功率高效且稳健的方法。
[0019]MEMS传感器装置可以是基于电容的MEMS传感器，诸如但不限于MEMS加速度计。通过实施抗振自测处理电路系统，MEMS传感器装置的性能在装置的整个生命周期内被保持和改善。此外，处理电路系统改善了MEMS传感器装置在装置生命周期内的功能安全性。
[0020]在一些实施例中，实施自测机制以通过测量对施加的静电力的幅度响应来估计MEMS传感器装置的灵敏度，以促进对不期望的传感器响应(例如，增益变化)的补偿、或提高对例如潜在的电气部件或机械部件劣化的察觉。自测例程促使检验质块进行异相运动(例如，与检验质块的响应于诸如线性加速度之类的测量力的典型同相移动相比是异相的)，从而生成能与由常规现场装置运行而生成的信号(诸如线性加速度信号或与振动相关的信号)区分开来的响应信号。例如，在MEMS加速度计中，通过自测例程施加到加速度计检验质块的运动与对于感测到的线性加速度的检验质块响应相比是异相的。相应的MEMS加速度计检验质块可以被设计为以特定方式相对于彼此移动(例如，对于线性加速度的同相响应)。这些相同的相应检验质块可以被自测移动异相地激励，使得可以将异相自测响应与对于线性加速度的同相响应区分开来。
[0021]响应于施加到MEMS传感器装置的检验质块的自测信号，静电力将装置的检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微机电MEMS加速度计，包括：第一检验质块；第二检验质块；一个或多个第一电极，所述一个或多个第一电极被定位成与所述第一检验质块相邻以感测所述第一检验质块的响应于沿第一轴的线性加速度而沿第一轴的移动；一个或多个第二电极，所述一个或多个第二电极被定位成与所述第二检验质块相邻以感测所述第二检验质块的沿第一轴的移动，其中所述第一检验质块和所述第二检验质块响应于沿第一轴的所述线性加速度而沿第一轴同相移动；自测驱动电路系统，所述自测驱动电路系统耦合到所述第一检验质块和所述第二检验质块，其中所述自测驱动电路系统被配置为使所述第一检验质块和所述第二检验质块沿第一轴异相移动；和处理电路系统，所述处理电路系统耦合到所述一个或多个第一电极和所述一个或多个第二电极，其中所述处理电路系统被配置为接收感测信号并从所述感测信号中提取与检验质块的异相移动对应的自测信号和与检验质块的同相移动对应的线性加速度信号。2.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其中，所述一个或多个第一电极中的正电极和所述一个或多个第二电极中的正电极沿第一轴在第一方向上定位，以及所述一个或多个第一电极中的负电极和所述一个或多个第二电极中的负电极沿第一轴在与第一方向相反的方向上定位。3.根据权利要求2所述的MEMS加速度计，其中所述第一检验质块和所述第二检验质块的同相移动包括朝向所有正电极或所有负电极的同时移动，以及其中所述第一检验质块和所述第二检验质块的异相移动包括检验质块中的一个检验质块朝向对应的正电极、而检验质块中的另一个检验质块朝向其相关联的负电极的同时移动。4.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，还包括：至少一个第一自测驱动电极，所述至少一个第一自测驱动电极被定位成与所述第一检验质块相邻；和至少一个第二自测驱动电极，所述至少一个第二自测驱动电极被定位成与所述第二检验质块相邻，其中为了使所述第一检验质块和所述第二检验质块异相移动，自测驱动电路系统向所述至少一个第一自测驱动电极提供具有一极性的第一自测驱动信号，以及向所述至少一个第二自测驱动电极提供具有相反极性的第二自测驱动信号。5.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其中所述第一检验质块和所述第二检验质块位于MEMS层的平面内，以及其中第一轴在所述MEMS层的平面内。6.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，其中所述第一检验质块和所述第二检验质块位于MEMS层的平面内，以及其中第一轴垂直于所述MEMS层的平面。7.根据权利要求1所述的MEMS加速度计，还包括驱动电路系统，所述驱动电路系统耦合到所述第一检验质块和所述第二检验质块以向所述第一检验质块提供第一周期性驱动信号和向所述第二检验质块提供第二周期性驱动信号。8.根据权利要求7所述的MEMS加速度计，其中，第一周期性驱动信号和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：应美盛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：