用于传感器封装件中的磁强计的信号误差补偿的制作方法

文档序号:8255928阅读:443来源:国知局
用于传感器封装件中的磁强计的信号误差补偿的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及微机电系统(MEMS)传感器器件。更具体地说,本发明涉及具有多刺激感测能力的MEMS器件封装件以及用于补偿在来自多刺激感测MEMS器件封装件的磁强计(magnetometer)的输出信号上的信号误差的方法。
【背景技术】
[0002]近年来,微机电系统(MEMS)技术取得了广泛的关注,因为它提供了一种制作非常小的机械结构的方法并且能用常规的批量半导体加工技术在单一衬底上将这些结构与电器件进行整合。MEMS的常见的应用是传感器器件的设计和制作。MEMS传感器器件包括,例如加速计、陀螺仪、压力传感器、磁场传感器、麦克风、气敏传感器、数字镜像显示、微射流器件等等。MEMS传感器器件被广泛应用于例如汽车、惯性制导系统、家用电器、游戏器件、各种器件的保护系统、以及许多其它的工业、科学、以及工程系统。
【附图说明】
[0003]结合附图并参阅详细说明书以及权利要求书,对本发明可以有比较完整的理解。其中在附图中相同的参考符号表示类似的元素,附图不一定按比例绘制,并且:
[0004]图1显示了具有多刺激感测能力的微机电系统(MEMS)器件封装件的方框图;
[0005]图2显示了另一个具有多刺激感测能力的微机电系统(MEMS)器件封装件的方框图;
[0006]图3显示了根据一个实施例的多刺激感测能力的MEMS器件封装件的概念方框图;
[0007]图4显示了示出了图3的MEMS器件封装件内的传感器的操作状态的示例状态图;
[0008]图5显示了用于确定图3的MEMS器件封装件的修整(trim)参数的测试环境;
[0009]图6显示了基于陀螺仪的偏移修整值确定过程的流程图;
[0010]图7显示了灵敏度漂移值确定过程的流程图;
[0011]图8显示了灵敏度漂移值确定过程的实时计算子过程的流程图;
[0012]图9显示了根据一个实施例的磁强计信号误差补偿过程的流程图。
【具体实施方式】
[0013]随着MEMS传感器器件的使用的持续增长和多样化,越来越多的重点被放在能够以增强的灵敏度多刺激感测并且将多种类型的传感器集成到相同的封装中的器件的开发上。多刺激感测MEMS器件封装件,有时被称为“组合传感器”或简称为“结合传感器”可以能够感测不同物理刺激(例如,线性加速度、角速度、磁场、压力等等)并还可能多轴感测。此外,越来越多的重点放在MEMS器件封装件的制作方法上,其中在不增加制作成本和复杂性以及不牺牲部件性能的情况下,该MEMS器件封装件具有多个物理刺激感测和/或多轴感测能力。这些努力主要是由汽车、医疗、商业和消费产品中的现有和潜在大容量应用驱动的。
[0014]某些应用需要包括了磁强计和陀螺仪的多刺激感测MEMS器件封装件。通常,磁强计,也被称为磁场传感器,是用于检测磁场的幅度和/或取向的电子器件。陀螺仪广泛地作用于通过将陀螺仪驱动进入第一运动以及测量陀螺仪的响应于第一运动和要被感测的角速度的第二运动。在包括了磁强计和陀螺仪的MEMS器件封装件中,在某些操作状态期间,陀螺仪将抽拉(draw)电流。电流抽拉生成了可以在磁强计被检测的磁场。因此,所生成的响应于由陀螺仪抽拉的电流的磁场可以对磁强计输出信号强加信号误差。
[0015]实施例涉及包括磁强计和另一个传感器例如陀螺仪两者的多刺激感测MEMS器件封装件,以及当另外的传感器处于操作状态时用于补偿强加在磁场计输出信号上的信号误差的方法。该方法在磁强计的模拟前端和数字处理专用集成电路(ASIC)中被实现,以提高信号精度、降低存储器要求、并在不需要最终用户逻辑的实现的情况下给最终用户提供误差补偿号。
[0016]虽然本发明实施例结合陀螺仪作为磁强计输出信号上的信号误差来源来描述,应了解,用于补偿磁强计输出信号上的信号误差的方法可以在其它多刺激感测MEMS器件封装件中被实现,在该其它多刺激感测MEMS器件封装件中,另一个传感器抽拉产生了磁场的电流,其随后可以被强加在磁强计输出信号上作为误差信号,并且对其补偿这样误差信号是必要的。
[0017]图1显示了多刺激感测MEMS器件封装件20的方框图。MEMS器件封装件20通常包括层叠构型的磁强计管芯(die) 22和陀螺仪管芯24,在该层叠构型中,管芯附接材料26被用于将磁强计管芯22和陀螺仪管芯24耦合或者紧固在一起。磁强计管芯22可以包括一个或多个磁场感测元件54和磁强计电路56,类似地,陀螺仪管芯24可以包括一个或多个陀螺仪感测元件58和陀螺仪电路60。磁强计电路56和磁场感测元件54被提供在磁强计管芯22中的层叠构型中。然而,在替代实施例中,磁强计电路56可以从磁场感测元件54横向位移。类似地,陀螺仪电路60和陀螺仪感测元件58被提供在陀螺仪管芯24中的层叠构型中。然而,在替代实施例中,陀螺仪电路60可以从陀螺仪感测元件58横向位移。
[0018]磁强计电路56可以是磁强计管芯22内的专用集成电路(ASIC)模拟前端和数字块,补偿算法可以在其中被执行,并且修整参数可以被存储在其中。类似地,陀螺仪管芯24可以是陀螺仪管芯24内的ASIC模拟前端和数字块,补偿算法可以在其中被执行。通常,磁强计电路56被配置为接收原始的,S卩,模拟输出信号,其在本发明中被称为来自磁场感测元件54,标记为MAGeaw的磁强计输出信号30。类似地,陀螺仪电路60被配置为接收原始的,即,模拟输出信号,其在本发明中被称为来自陀螺仪感测元件58,标记为GYROeaw的陀螺仪输出信号32。
[0019]响应于接收磁强计输出信号30和陀螺仪输出信号32,磁强计电路56和陀螺仪电路60执行补偿算法以移除信号误差分量,并由此改善磁强计和陀螺仪输出信号30和32的性能。固定补偿系数可以校正温度偏移、温度灵敏度以及可能以其它方式对磁强计管芯22和陀螺仪管芯24造成不利影响的其它因素。除了误差补偿,根据已知方法,磁强计和陀螺仪电路56、60可以执行某些处理操作以将原始的模拟磁强计输出信号30和原始的模拟陀螺仪输出信号32转换成数字形式。因此,磁强计电路56将输出补偿的数字输出信号,其在本发明中被称为标记为MAGotp的补偿的磁强计输出信号34,其对应于原始磁强计输出信号30。此外,陀螺仪电路60将输出补偿的数字输出信号,其在本发明中被称为标记为GYROotp的补偿的陀螺仪输出信号36。
[0020]在MEMS器件封装件20中,在某些操作状态下,陀螺仪管芯24,并且更具体地说,陀螺仪电路60抽拉电流。当陀螺仪管芯24处于待机状态时,电流抽拉可以是实质上恒定的,其也可以被称为实质上的非可变。待机状态可以是其中只有陀螺仪管芯24的基本构件被通电的状态。因此,陀螺仪管芯24的电流抽拉可以相对低且不变的。或者,电流抽拉可以是变化的,即,可变的,其中陀螺仪管芯24的附加构件被选择地通电,并且陀螺仪管芯24可以经受角速度。在任何一种情况下,电流抽拉产生了由图1中的弯曲线38所示的磁场,其可以在磁强计管芯22的磁场感测元件54处被检测。因此,响应于由陀螺仪管芯24的抽拉电流所产生的磁场38可以在磁强计输出信号30上强加信号误差。该信号误差是电流抽拉的振幅和可变性以及磁场感测元件54和陀螺仪电路60之间的距离40 (在图1中标记为D)的函数。该信号误差可用安培定律表述特征,其中在电流周围的空间磁场与充当其来源的电流成正比。该信号误差因此可通过下面的等式来表示:
[0021]B = u0*ur*I (2 r)
[0022]其中B是信号误差,Utl和W是固定系数,I是电流,而r是距离40。根据一个实施例,补偿算法在磁强计电路56内执行,并且具体地,当陀螺仪管芯24处于操作状态时,作为现有补偿算法的辅助,以补偿来自陀螺仪管芯24产生的磁场38的磁强计输出信号30上的
号误差。
[0023]图2显示了另一个多刺激感测能力MEMS器件封装件42的方框图。如同MEMS器件封装件20,MEMS器件封装件42也包括磁强计管芯22、陀螺仪管芯24,其中磁强计管芯22产生磁强计输出信号30,陀螺仪管芯24产生陀螺仪输出信号32,磁强计电路56产生补偿的磁强计输出信号34,而陀螺仪电路60产生补偿的陀螺仪输出信号36。
[0024]然而,在图2中所示的配置中,磁强计管芯22和陀螺仪管芯24不处于于图1的层叠布局中。代替地,磁强计管芯22和陀螺仪管芯24分别安装在底44上彼此横向位移标记为D的距离46的位置处。尽管如此,当处于操作状态时,陀螺仪管芯24的陀螺仪电路60仍产生磁场38,而该磁场38仍可以在磁强计管芯22的磁场感测元件54处被检测为磁强计输出信号30上的信号误差。因此,补偿算法也可以在MEMS传感器器件42内被执行以补偿来自陀螺仪管芯24产生的磁场38的磁强计输出信号30上的信号误差。
[0025]显然,用于补偿磁强计输出信号30上的信号误差的补偿方法可以在具有不同结构配置的各种多刺激感测MEMS器件封装件中实施。此外,补偿方法可以在多轴感测配置中实施。
[0026]图3根据一个实施例显示了多刺激感测MEMS器件封装件50的概念方框图。MEMS器件封装件50可以是图1的封装20或者图2的封装42。或者,MEMS器件封装件50可以是包括至少一个单轴或多轴磁强计以及在特定条件下抽拉电流的另一个传感器的任何多刺激感测MEMS器件封装件,并且所述传感器非常接近磁强计使得误差信号可以响应于由其它传感器抽拉的电流产生的磁场被强加在磁强计输出信号上。
[0027]为了说明的目的,MEMS器件封装件50包括磁强计管芯22和陀螺仪管芯24。当然,MEMS器件封装件50还可以附加地包括为了简单起见没有在本发明描述或说明的其它传感器和MEMS构件。如上所述,磁强计管芯22包括能够沿着一个或多个轴感测磁场的一个或多个感测元件54和相关的磁强计电路56。类似地,如上所述,陀螺仪管芯24包括能够感测绕一个或多个轴的角速度的一个或多个感测元件58和相关的陀螺仪电路60。磁强计管芯22和陀螺仪管芯24可以是多种单轴和多轴结构设计中的任何类型。
[0028]磁强计电路56可以包括用于从磁强计管芯22的磁场感测元件54接收磁强计输出信号30并产生补偿的磁强计输出信号34的处理部62。陀螺仪电路60可以包括用于从陀螺仪管芯24的陀螺仪感测元件58接收陀螺仪输出信号32并产生补偿的陀螺仪输出信号36的处理部64。根据已知方法,处理部64可以以修整调整、增益、温度偏移校正等等的形式对陀螺仪输出信号36执行补偿。
[0029]处理
当前第1页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1