动态压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体设及传感器技术，并且在特别实施例中设及用于动态压力传感器的系 统和方法。
【背景技术】
[0002] 在传感器中经常使用将信号从一个域转换为另一域的换能器。包括换能器的常见 传感器是将压力差和/或压力改变转换为电信号的压力传感器。压力传感器具有多个应 用，包括例如大气压力感测、海拔感测和天气监测。
[0003] 基于微机电系统（MEMS)的传感器包括使用微机械技术生产的换能器的家族。诸 如MEMS压力传感器的MEMS通过测量在换能器中的物理状态的改变并且通过连接到MEMS 传感器的电子器件传输将被处理的信号来从环境采集信息。MEMS器件可W使用类似于用于 集成电路的那些的微机械制造技术来制作。
[0004] MEMS器件可被设计为用作例如振荡器、谐振器、加速计、巧螺仪、压力传感器、麦克 风和/或微反射镜。很多MEMS器件使用电容式感测技术用于将物理现象换能为电信号。在 该样的应用中，使用接口电路将传感器中的电容改变转换为电压信号。
[0005] 压力传感器还可被实施为包括密封体积和可提曲膜的电容式MEMS器件。在密封 体积和外部体积(在一些情况下例如是周围环境）之间的压力差引起膜提曲。通常，膜的提 曲引起在膜和感测电极之间的距离的改变，由此改变电容。因此，压力传感器测量绝对压 力，因为密封的体积提供固定的参考压力来与外部压力比较。
【发明内容】
[0006] 根据各种实施例，动态压力传感器包括基板、在基板中形成的参考体积、密封参考 体积的可提曲膜、禪合到膜并被配置为测量膜的提曲的提曲感测元件，W及被配置为使参 考体积内的绝对压力与在参考体积外部的绝对周围压力均衡的通风孔。
【附图说明】
[0007] 为了更完全理解本发明及其优点，现在参考结合附图做出的W下描述，在附图 中： 图la-le图示实施例动态压力传感器系统和部件的功能框图； 图2a和化图不一实施例动态压力传感器的横截面视图和顶视图； 图3a和3b图示实施例动态压力传感器的频率特性图； 图4图示另一实施例动态压力传感器的横截面视图； 图5图示另外实施例动态压力传感器的横截面视图； 图6图示附加实施例动态压力传感器的横截面视图； 图7图示再另一实施例动态压力传感器的横截面视图； 图8图示一实施例动态压力传感器系统的框图； 图9a和9b图示另外的实施例动态压力传感器系统的框图； 图10图示一实施例动态压力传感器系统的详细框图. 图lla-llr图示图4的实施例动态压力传感器的制造工艺流程； 图12a-12h图示图5的实施例动态压力传感器的制造工艺流程；W及 图13图示动态压力传感器系统的操作的实施例方法的框图。
[000引在不同图中的对应数字和符号一般指代对应的部分，除非另有声明。图被绘制为 清楚图示实施例的相关方面并且不一定按照比例绘制。
【具体实施方式】
[0009] 下文详细讨论各种实施例的制造和使用。然而应当理解的是，本文描述的各种实 施例适用于各种各样的具体上下文。讨论的具体实施例仅仅是用于制造和使用各种实施例 的具体方式的说明，并且不应当在有限的范围内被解释。
[0010] 关于在具体上下文（即压力传感器，并且更特别的是动态压力传感器）中的各种实 施例做出描述。本文描述的各种实施例中的一些包括MEMS换能器系统、MEMS压力传感器、 压力换能器和MEMS压力换能器系统、动态MEMS压力传感器、压电压力传感器和包含动态和 绝对压力传感器的压力传感器系统。呈现示例使用环境用于室内导航；然而，该样的示例绝 非限制。在其他实施例中，还将方面应用到包含任何类型的压力传感器或换能器的其它应 用，该任何类型的压力传感器或换能器根据如在本领域中已知的任何方式将物理信号转换 为用于任何应用的另一域。
[0011] 可在多个应用中使用压力传感器，例如室内导航和手势识别。在该样的应用中，非 常小的海拔改变导致非常小的压力改变。例如，0. 02毫己（mbar)或2帕（Pa)的压力改变 等同于大约20cm的海拔改变。常规的绝对压力传感器通常包括密封的参考体积并且具有 大约1300mbar的压力范围，具有大约0. 02mbar的分辨率。
[0012] 根据各种实施例，本文公开了具有增大的灵敏度的动态压力传感器。在各种实施 例中，动态压力传感器包括具有通风孔或一组通风孔的感测膜。通风孔缓慢地均衡在参考 体积和外部体积(例如周围环境)之间的压力。该样的动态压力传感器能够感测在某一时间 段中的压力改变。通常，具有在次声范围内的频率的压力改变(例如用于导航或手势识别） 包括具有低于20化的频率的压力改变。本文描述的各种实施例动态压力传感器感测在次 声范围中的压力改变。在一些实施例中，感测具有在0.IHz和10化之间的频率的压力改变， 对应于在1和10秒之间的时间段上发生的压力改变。在一些实施例中，通风孔防止绝对压 力被测量。根据各种实施例，该样的动态压力传感器具有例如大约0. 〇〇〇2mbar的增加的分 辨率，并且能够检测小于1cm的海拔改变。
[0013] 图la-le图示实施例动态压力传感器系统100、101和103W及实施例部件的功能 框图。图la中描绘的动态压力传感器系统100包括压力改变102、动态压力传感器104、处 理电路106和位置信号108。压力改变102作为示例描绘了爬一组楼梯的人。对于每一个楼 梯，存在在大约15-20cm的海拔中的等效上升。如上文提到的，该样的海拔上升对应于大约 每个楼梯0. 01-0. 〇2mbar的压力改变。通过动态压力传感器104感测压力改变102。在各种 实施例中，动态压力传感器104包括具有0.mz的低频截止和10化的高频截止的带通频率 响应。对于压力改变102中的每一个楼梯的压力改变W符合该通过的频率带（即0. 1-10化） 内的频率发生。可然后提供感测的压力改变到记录压力改变的处理电路106。可利用数字 或模拟电子器件作为积分器或通过使用不同类型的滤波器或其它功能块巧日在下文进一步 描述的)来实施所述处理电路106。根据各种实施例，处理的压力改变产生高度或位置信号 108。在一些实施例中，位置信号108对应于在垂直位置信号中的改变。
[0014] 根据示例实施例，设置阔值水平使得当该阔值水平被越过时发起某一手势识别算 法。在一些实施例中，对动态压力传感器104的输出进行积分确定了绝对压力。在其它实 施例中，可使用逆高通滤波器巧日参考图3b讨论的)，使得确定动态和绝缘压力信号两者。在 另外的实施例中，线性函数仅评估动态压力改变。在各种实施例中，可使用计数器来计数超 过正和/或负阔值的上/下事件的数量，使得可确定手势或导航信息。可W在处理电路106 中执行该样的各种功能，处理电路106可在直接禪合到动态压力传感器104的应用处理器 或专用集成电路(ASIC)中实施。在一些实施例中，处理电路106在第一部分中通过ASIC并 且在第二部分中通过应用处理器来实施。
[0015] 图化中描绘的动态压力传感器系统101包括压力改变102、动态压力传感器104、 处理电路106、静态压力传感器110、多路复用器112和压力信号114。根据各种实施例，动 态压力传感器104包括在感测膜中的防止绝对压力被测量的通风孔。在系统101中包括静 态(绝对)压力传感器110允许系统101感测高分辨率压力改变和绝对压力。在各种实施例 中，动态压力传感器104和静态压力传感器110可在某些使用情形中一起使用或在其他使 用情形中分开使用。例如，静态压力传感器110可测量周围压力并且用于天气应用，同时动 态压力传感器104可测量小的高度改变，用于如上所述的室内导航或手势识别。在一些实 施例中，动态压力传感器104和处理电路106提供高度信号中的改变到多路复用器112并 且静态压力传感器110提供绝对压力到多路复用器112。在该样的实施例中，压力信号114 可包括绝对压力信号或压力中的改变/高度中的改变信号，根据其来选择多路复用器112 的输入。在其它实施例中，可利用修改的求和功能来取代多路复用器112,修改的求和功能 将压力改变信号与绝对压力信号组合W便生成更精确的压力信号114。在一些实施例中，当 处理电路106包括积分器时，可使用来自静态压力传感器110的静态压力信号来重置处理 电路106中的积分器W便避免由动态压力传感器104中的非期望偏移发起的积分器输出漂 移。
[0016] 图Ic和Id图示了两个实施例处理电路106的功能框图。图Ic图示了包括AC禪 合105、模数转换器(ADC) 107和数字滤波器109的实施例处理电路106。在该样的实施例 中，数字滤波器109可实施如下文参