用于微机电系统的偏移消除设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于在MEMS设备的启动序列期间和正常操作期间从信号中去除偏移的设备和方法。
【背景技术】
[0002]微机电系统(MEMS)传感器被集成到许多不同类型的消费电子设备中，诸如例如蜂窝电话、平板计算机以及游戏控制器。模拟读取电路装置被耦合到MEMS传感器以处理由MEMS传感器检测到的移动或其他参数。通常，即使当输入信号为零时，模拟读取电路装置的输出也是非零的。偏移由MEMS传感器引入，并且有时由读取电路装置引入。许多已知的系统利用低通滤波器去除该偏移。
【发明内容】
[0003]本公开的实施例涉及去除由诸如加速度计之类的微机电系统(MEMS)传感器以及相关联的模拟读取电路装置所引入的偏移。可以在启动操作期间以及正常操作期间去除偏移。本公开涉及一种用于在所有操作模式下去除DC输入信号、偏移的设备和方法。
[0004]本公开的一个实施例涉及一种包括具有负反馈系统的模拟读取电路装置的设备。数字滤波的输出信号被反馈到偏移消除模块中。偏移消除模块被耦合并控制数字至模拟转换器。偏移消除模块改变系统的增益。在与由MEMS传感器和模拟读取电路装置引入的偏移相反的方向上移动增益。数字滤波的输出信号的符号驱动数字至模拟转换器。
【附图说明】
[0005]在结合附图的情况下，通过下面的详细描述将可以更好地理解本公开的上述特征以及其他特征和优点，因此将更加容易认识到上述特征以及其他特征和优点。
[0006]图1是包括了偏移消除模块的设备的框图的一个实施例；
[0007]图2是图1的偏移消除模块的框图；
[0008]图3A是图1的偏移消除系统的输出的时间图；
[0009]图3B是图1的偏移消除系统的输入的时间图；
[0010]图4是图1的偏移消除系统响应的备选的时间图；
[0011]图5是图1的偏移消除系统响应的另一备选的时间图；以及
[0012]图6是示出了偏移消除系统的模式的一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0013]在下面的描述中，阐述某些具体细节以提供对本公开的各种实施例的充分地理解。然而，本领域的技术人员将理解，在没有这些具体细节的情况下仍可以实践本公开的内容。在其他实例中，没有详细地描述与信号调节设备相关联的已知结构，以避免不必要地使对本公开的实施例的描述的变得不清楚。
[0014]除非上下文需要，在整个说明书和随附的权利要求书中，词语“包括”以及它的诸如“包含”、“包括了”之类的变体应当以开放式的、包含式的含义解释，S卩，“包括但不限于”。
[0015]在整个说明书中，对“一个实施例”或“实施例”的引用表示与实施例相关联地所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在整个本说明书中的各种位置处，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的形式不一定全部参考相同的实施例。此夕卜，特定的特征、结构或特性可以与任何适当的方式与一个或多个实施例组合。
[0016]如在本说明书或随附的权利要求书中所使用的，除非明确指出，单数形式“一个”、“一种”以及“这个”包括复数形式。还应当注意到，除非明确指出，术语“或”通常被用于包括了“和/或”的含义中。
[0017]如在本说明书或随附的权利要求书中所使用的，对“对应”、“对应于”以及“对应的”的使用旨在描述参考对象之间的相似性。不应将“对应”或其形式之一的使用理解为意味着确切的形状和大小。
[0018]在附图中，相同的附图标记标识相似的元素或行为。附图中的元素的大小和相对位置并不一定按比例绘制。
[0019]微机电系统传感器被用于检测各种条件，包括声音、化学物质、电信号、流体流、环境、位置、移动、光、力、压力、接近度或任何其他条件。来自传感器的输出通常被偏移所偏离。偏移存在于来自被感测的条件的属性中，例如，偏置加速度计的重力加速度，或存在于来自传感器的属性中，例如，传感器输出在非零偏移周围移动。一些系统在偏移已从传感器输出去除的情况下执行得更好，并且在这些系统中可能优选尽可能快地将偏移去除。本公开提供了一种用于快速去除传感器中的偏移的系统。
[0020]图1是根据本公开的实施例的包括了偏移消除系统的设备100的框图。传感器设备100包括耦合到信号调节器104的微机电结构(MEMS)传感器102。信号调节器可以是专用集成电路(ASIC)或一些其他类型的设备。信号调节器104在组合器106的第一端子106a处从MEMS传感器102接收输入。来自MEMS传感器102的输入通常包括偏移。MEMS传感器102输出代表由MEMS传感器102所测量的参数的模拟信号。偏移可以是包含在模拟信号中的DC信号。
[0021]组合器106被耦合到电荷放大器108。电荷放大器108被耦合到模拟至数字转换器(ADC)llO。ADC被耦合到滤波器112。信号调节器104生成数字输出y [η]作为滤波器112的输出。滤波器112还生成被提供到偏移消除系统114的信号yFIR[n]。在一个实施例中，信号yFIR[n]基本上类似于传感器设备100的数字输出y[n]。在另一个实施例中，数字输出y[n]可以具有类似于信号yFIR[n]的波形，但被不同地缩放或具有不同采样频率。在优选实施例中，电荷放大器108是电荷至电压放大器。
[0022]偏移消除系统114包括偏移消除模块116和数字至模拟转换器(DAC) 118。偏移消除模块116被配置为去除包括在来自MEMS传感器102的模拟信号中的偏移。通过去除来自MEMS传感器的输出的偏移，系统防止MEMS传感器读取设备的非对称饱和。偏移消除模块116接收信号yFIR[n]并产生可以作为偏移的数字信号u[n]。偏移消除模块116被耦合到产生模拟偏移u (t)的DAC 118。DAC 118被耦合到组合器106的第二端子106b并向组合器106提供模拟偏移u (t)。
[0023]MEMS 102可以是被配置为基于感测条件a(t)来生成感测信号c(t)的传感器。MEMS 102可以是任意数目的传感器，包括但不限于:声学、化学、电学、流体、环境、位置、导航、光学、力、压力、温度、接近度以及任意其他的传感器。来自传感器的感测信号c(t)可以是供信号调节器处理的电学、机械、光学或任何其他输出信号。在一个实施例中，MEMS 102是加速度计，其输出表示与所感测的加速度成比例的电荷。在该实施例中，加速度计可以具有240g至-240g的加速度的感测范围以及大约17个最低有效位(LSB)/g的灵敏度。
[0024]组合器106被配置为从MEMS 102接收感测信号c⑴并将其与从偏移消除系统114所接收的模拟偏移u(t)组合。组合器106可以是加法器、减法器、编译器、求和器或将两个输入组合的任何其他设备。在一个实施例中，组合器106被配置为将来自MEMS 102的感测信号c(t)与来自偏移消除系统114的反相信号相加。
[0025]电荷放大器108放大来自组合器106的输出。在优选的实施例中，电荷放大器将由组合器106生成的电荷信号进行转换，并将其转换为对应的电压信号。
[0026]ADC 110可以将电荷放大器的输出转换为数字信号。在一个实施例中，输出数字信号是12比特信号。12比特信号能够表示4096个唯一值，12个比特是表示范围在120g至-120g的、具有17LSB/g的灵敏度的有符号模拟信号所要求的最小数目的比特。在另一实施例中，有符号的模拟信号可以具有240g至-240g的范围，模拟信号会具有13个比特。可以将ADC 110的输出数字信号提供到滤波器112。
[0027]滤波器112接收ADC 110的输出数字信号并对ADC的数字信号执行信号滤波。在一个实施例中，滤波等同于具有16KHz的采样频率以及1.5ms的阶跃响应周期或时间的数字低通滤波器。在该实施例中，滤波器112的第一输出可以是12比特信号，其是信号调节器104的数字输出y[n]，并且第二输出可以是12比特的信号，其是偏移消除系统114的信号yFIR [η]。在一个实施例中，滤波器112包括多个滤波元件，诸如与低通滤波器和线性插值器级联的CIC抽取器。在该实施例中，yFIR[n]是由CIC抽取器和低通滤波器形成的级联的输出。线性插值器不贡献于yFIR[n]。输出y[n]