专利名称：电容差检测电路和微机电系统传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测两个电容器的电容变化的电容差检测电路和根据两个电容器的电容变化检测所施加的角速度或加速度的MEMS传感器。
背景技术：
近年来，由MEMS(微机电系统)形成的MEMS传感器(角速度传感器和加速度传感器)已经投入了实际应用。这种类型的MEMS传感器具有衬底、相对于衬底可移位地放置并且在衬底的垂直方向上振动的质量体、以及在衬底和质量体之间形成的两个电容器。它们通过检测这两个电容器的电容变化(电容之间的差)，来检测由施加在与振动方向垂直的方向上的科里奥利力(coriolis force)所导致的质量体相对于衬底的位移(对应于所施加的角速度或加速度)。
例如，这种类型的MEMS传感器通过检测随电容而变化的延时的差(对电容器的充电/放电)，来检测由科里奥利力导致的电容变化。具体地说，分别向这两个电容器所连接的两个节点提供脉冲信号。脉冲信号的延时差依赖于电容差而不同。接着，生成一个脉冲信号，该脉冲信号的脉冲宽度对应于其延时之间的差，并且使该脉冲信号的电压变平滑。然后，MEMS传感器检测通过平滑过程产生的DC电压中的变化，得到角速度或加速度。
另外，例如，日本未审查专利申请公开No.平8-278336公开了这样一种技术利用电容器形成谐振电路，并且检测从该谐振电路输出的振荡信号与从参考振荡器输出的参考振荡信号之间的相位差，得到电容变化。
因为MEMS传感器是使用半导体制造技术形成的，所以它的每个元件都可以做得很小。但是，作为MEMS传感器组成部分的电容器的电容也很小，所以由科里奥利力导致的电容变化的量很小。这使得降低了检测灵敏度。对于非常小量的电容变化，只能在延时中引起小的变化，这使得DC电压几乎不变。这可能导致不能检测小的角速度和加速度。具体地说，MEMS传感器中所使用的电容器的电容小到只有几个pF，由科里奥利力导致的一个电容器的电容变化只有几十个fF。因此，随角速度和加速度变化的两个电容器的电容之间的差是几个aF至几十个aF。换言之，需要能检测几个aF的电容差的高灵敏度MEMS传感器。
此外，在前述日本未审查专利申请公开No.平8-278336中公开的技术中，只有一个谐振电路，其电容由于外力而变化。因此，不可能形成检测由外力而变化的两个电容器的电容之间的差的电容差检测电路。也不可能形成在衬底和质量体之间具有两个电容器以根据每一个都随科里奥利力而改变的电容来检测角速度或加速度的MEMS传感器。
发明内容
本发明的一个目的是提供检测由外力引起的两个电容器的电容微小变化的电容差检测电路和MEMS传感器。
根据本发明的电容差检测电路的一个方面，多个振荡器的每一个具有电容随外力变化的电容器。每个振荡器根据电容生成第一振荡信号。检测器通过检测第一振荡信号频率之间的差，检测电容器的电容之间的相对差。这使得可以高精度检测微小电容差。
根据本发明的MEMS传感器的一个方面，在衬底上形成一对第一电极，在质量体上面对第一电极的位置形成一对第二电极。质量体面对衬底可移位地放置，在垂直于衬底的方向振动，并且由于在垂直于振动方向施加的科里奥利力而移位。另外，一对电容器中每个电容器由彼此面对的第一电极和第二电极形成。一对振荡器分别根据电容器的电容生成第一振荡信号。检测单元通过检测第一振荡信号频率之间的差，检测电容器的电容之间的相对差。主控制单元根据由检测单元检测到的频率变化，计算在衬底的水平方向施加的角速度或加速度。这使得可以对由角速度或加速度引起的电容差进行高精度检测。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，至少一个振荡器包括电容由提供给控制端子的控制电压调节的可变电容二极管。因此，具有可变电容二极管的振荡器可以通过调节其电容，改变第一振荡信号的频率。因此，即使由于制造误差等原因，多个振荡器具有不同的振荡频率，也能容易地使它们彼此一致。换言之，即使在不严格的条件下制造电容差检测电路和MEMS传感器，也可以容易地使振荡器的振荡频率彼此一致。这从而降低了制造成本。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，一对振荡器的每一个都输出第一振荡信号。检测单元中所包含的混频器接收一对第一振荡信号，并输出频率等于接收到的第一振荡信号的频率之间的差的频率差信号。这使得可以通过监视频率差信号的频率来高精度地检测电容差。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，频率/电压转换单元将频率差信号的频率转换为指示电容之间的差的检测电压，这使得诸如AD转换器之类的简单电路可以监视电容之间的相对差。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，在接收到当一对第一振荡信号频率之间的差小时被激活的屏蔽信号时，频率/电压转换单元输出指示电容之间的差为零的检测电压。这使得不必对频率处于不必进行检测的范围内(频率等于或低于预定频率)的频率差信号进行判断操作，这可以使功耗降低了判断操作所需的功耗量。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，在未施加外力的初始状态中，组成振荡器的电容器具有彼此不同的电容。因此，在初始状态中第一振荡信号的频率彼此不同。在初始状态中，混频器输出代表作为第一振荡信号频率之间的差的初始频率的频率差信号。使振荡信号的频率彼此区别，换言之，在初始状态中预先设置预定的偏移，这使得在初始状态中不必将混频器输出的频率差信号的频率精确设置为零。结果，可以用简单电路来配置混频器，降低了设计成本和制造成本。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，频率比较器比较第一振荡信号的频率大小，使得不仅可以判断电容之间差，还可以判断电容之间的大小关系。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，在接收到当频率之间的差小时被激活的屏蔽信号时，混频器输出指示一对第一振荡信号的频率之间的差为零的频率差信号。这使得不必对频率处于不必进行检测的范围内(频率等于或低于预定频率)的频率差信号进行判断操作，这可以使功耗降低了判断操作所需的功耗量。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，在振荡器和混频器之间分别放置一对PLL(锁相环)电路。每个PLL电路从振荡器接收第一振荡信号，生成频率高于第一振荡信号频率的第二振荡信号，并且将生成的第二振荡信号输出到混频器作为第一振荡信号。这可以提高混频器输出的频率差信号的频率，这样提高了检测电容差的灵敏度。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，每一个PLL电路具有输入端子和内置分频器。在未施加外力的初始状态中，向输入端子提供设置值以改变分频器的分频比，以便改变从PLL电路输出的第二振荡信号的频率，使得混频器可以接收到具有相同频率的第二振荡信号。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，每一个PLL电路包括具有小数分频功能(fractional dividing function)的分频器，由此可以对分频比进行微小调节。因此，在未施加外力的初始状态中，可以确保使提供给混频器的振荡信号的频率彼此一致。
根据本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的上述方面的优选示例，振荡器中的一个经由PLL电路连接到混频器。因此，混频器在其一个输入处被提供了频率高于第一振荡信号中的一个的频率的第二振荡信号。在未施加外力的初始状态中，分频控制单元改变分频器的分频比，以使得第二振荡信号的频率与第一振荡信号中的另一个的频率一致。因此，即使在初始状态中一对振荡器的电容器的电容彼此不同，也可以自动使提供给混频器的振荡信号的频率彼此一致。
根据电容差检测电路的上述方面的优选示例，一对振荡器的电容器中的每一个都是由在衬底上形成的第一电极和在质量体上形成的面对第一电极的第二电极构成的。质量体面对衬底可移位地放置，并且在垂直于衬底的方向振动。每个振荡器生成振荡信号，其频率由电容器的电容确定。当由于外力作用，质量体相对于衬底移位时，电容改变。这可以帮助检测随外力变化的电容差。
根据本发明的电容差检测电路的另一个方面，一对振荡器中每一个都具有电容随外力变化的电容器，并且根据电容生成第一振荡信号。一对PLL电路分别具有压控振荡器，并且从振荡器接收第一振荡信号以从压控振荡器输出第二振荡信号。检测单元接收要被输入到各个PLL电路的压控振荡器的输入电压。根据第一振荡信号和第二振荡信号的频率调节输入电压。检测单元检测接收到的输入电压之间的差，得到电容之间的相对差。换言之，检测单元将电容之间的相对差检测为输入电压之间的差，这使得可以对微小电容差进行高精度检测。
当结合附图阅读下面的详细描述时，本发明的本质、原理和效用将变得更加清楚，附图中相似的部件用相同的参考标号表示，附图中图1是示出了作为本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第一实施例的基本部分的MEMS单元的横截面图；图2是示出了图1所示的振动板如何振动的横截面图；图3是示出了当MEMS在工作时在与振动方向垂直的方向上施加外力时的状态的横截面图；图4是示出了第一实施例中的MEMS传感器中所包括的电容差检测电路的框图；图5是示出了图4所示的振荡器的详细配置的电路图；图6是示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第二实施例的基本部分的框图；图7是详细示出了图6所示的振荡器32A的电路图；
图8是示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第三实施例的基本部分的框图；图9是详细示出了图8所示的屏蔽控制单元的电路图；图10是示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第四实施例的基本部分的框图；图11是示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第五实施例的基本部分的框图；图12是详细示出了图11所示的PLL电路的框图；图13是示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第六实施例的基本部分的框图；图14是示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第七实施例的基本部分的框图；具体实施方式
下文将使用附图来描述本发明的实施例。经由外部端子提供的信号由与端子名称相同的参考标号和符号表示。另外，通过其传输信号的信号线由与信号名称相同的参考标号和符号表示。
图1示出了作为本发明的电容差检测电路和MEMS传感器第一实施例的基本部分的MEMS单元100。通过使用半导体制造技术(例如，CMOS工艺)，在诸如硅衬底之类的半导体衬底上形成电容差检测电路和MEMS传感器。在该实施例中，MEMS传感器是所谓的单轴传感器，并且其具有MEMS单元100和图4所示的电容差检测电路200。该MEMS传感器例如用作用于启动安装在汽车中的气囊的传感器。
MEMS单元100和电容差检测电路200优选地形成在同一半导体衬底上(单芯片结构)。这是因为如稍后将要描述的那样，组成电容差检测电路200的振荡器30、32的电容器C1、C2形成在MEMS单元100中。MEMS单元100和电容差检测电路200也可以形成在不同的半导体衬底上(双芯片结构)。
MEMS传感器的MEMS单元100具有以预定间隔形成的一对玻璃衬底10、12，垂直于玻璃衬底10、12布置在玻璃衬底10、12相面对的侧的两端(图中左右两端)的硅壁14、16，以及在玻璃衬底10、12和硅壁14、16内部形成的空间18。在空间18内形成面对玻璃衬底10的振动板20。振动板20由硅壁14、16在其两端(图中左右两端)支撑(梁结构)，并且其中间部分可以在垂直于玻璃衬底10、12的方向上移动(可振动)。在玻璃衬底12之上的振动板20的表面上形成重块22。振动板20和重块22形成在垂直于衬底10的方向上(图中的上下方向上)振动的质量体。
在振动板20之上的玻璃衬底10的表面上形成一对第一电极10a、10b和驱动电极10c。驱动电极10c形成在第一电极10a、10b之间。在玻璃衬底10之上的振动板20的表面上，分别在面对第一电极10a、10b和驱动电极10c的位置处，形成第二电极20a、20b和驱动电极20c。第一和第二电极10a、20a形成电容器C1。第一和第二电极10b、20b形成电容器C2。电容器C1、C2的电容随着第一电极和第二电极之间的距离而变化。
在玻璃衬底12侧之上的重块22的表面上形成一对电极22a、22b和驱动电极22c。驱动电极22c形成在电极22a、22b之间。在振动板20侧之上的玻璃衬底12的表面上，分别在面对电极22a、22b和驱动电极22c的位置处，形成一对电极12a、12b和驱动电极12c。
图2示出了图1所示的振动板20如何振动。当未示出的驱动电路以预定周期(例如，几十kHz)在驱动电极10c、20c电压的正负(相对值)之间以及驱动电极22c和12c电压的正负(相对值)之间切换时，振动板20在垂直于玻璃衬底10的方向上(图中的箭头以及实线和虚线所示的振动板20)振动。振动改变了第一电极10a、10b与第二电极20a、20b之间的距离，从而周期性地改变电容器C1、C2的电容。在MEMS传感器工作时，恒定地向驱动电极10c、20c、22c、12c提供由驱动电路生成的驱动电压。
图3示出了当MEMS传感器工作时(当振动板20正在振动时)，在与振动方向垂直的方向(玻璃衬底10的水平方向)上施加外力F(角速度或加速度)时的状态。振动板20在图中的上下方向上振动，使得外力起科里奥利力的作用。当科里奥利力使振动板20变形时，电容器C1、C2的电容改变。然后，稍后描述的图4所示的电容差检测电路200检测电容变化(电容差)，得到施加于MEMS传感器的角速度或加速度。
图4示出了第一实施例中的MEMS传感器中所包括的电容差检测电路200。电容差检测电路200具有生成振荡信号FA(第一振荡信号)的振荡器30、生成振荡信号FB(第一振荡信号)的振荡器32、混频器34、频率/电压转换单元36、频率比较器38和主控制单元39。频率/电压转换单元36、频率比较器38和主控制单元39充当检测单元，如稍后将描述的，其通过检测振荡信号FA、FB的频率之间的差，得到电容器C1、C2的电容之间的相对差。
振荡器30、32分别包括图1所示的电容器C1、C2。因此，振荡器30、32生成的振荡信号FA、FB的频率随电容器C1、C2的电容变化而变化。混频器34检测振荡信号FA、FB的频率之间的差，并且输出频率等于该差值的频率差信号FOUT。具有平滑单元的频率/电压转换单元36使频率差信号FOUT的正电压分量平滑，并且输出平滑后的电压作为根据频率差的检测电压VOUT。检测电压VOUT代表电容器C1、C2的电容之间的差。在该实施例中，当频率差为0时，检测电压VOUT变为0(零)V，并且随着频率差(绝对值)的增加而上升。
频率比较器38将振荡信号FA、FB的频率相比较，以获得它们之间的大小关系，并且将比较结果输出为比较信号VCMP。例如，假设提供给电容差检测电路200的电源电压VCC是3V，当振荡信号的频率之间保持“FA＝FB”时，频率比较器38输出电压为1.5V(VCC/2)的比较信号VCMP。当振荡信号的频率之间保持“FA＞FB”时，频率比较器38输出电压高于1.5V的比较信号VCMP，而当振荡信号的频率之间保持“FA＜FB”时，频率比较器38输出电压低于1.5V的比较信号VCMP。因此，振荡信号FA的频率比振荡信号FB的频率大得越多(电容器C1的电容比电容器C2的电容小得越多)，则比较信号VCMP的电压就越高。振荡信号FA的频率比振荡信号FB的频率小得越多(电容器C1的电容比电容器C2的电容大得越多)，则比较信号VCMP的电压就越低。
主控制单元39根据代表振荡信号FA、FB频率之间的差的检测电压VOUT和比较信号VCMP，检测电容器C1、C2电容之间的差，并且根据检测结果，计算施加于MEMS单元100的外力F(角速度或加速度)。具体地说，当检测到某个方向的大于预定值的加速度时，主控制单元39启动气囊。例如，主控制单元39中的AD转换器将检测电压VOUT和比较信号VCMP转换为数字值。主控制单元39根据转换得到的数字值计算角速度或加速度。注意，主控制单元39控制整个MEMS传感器的工作。
图5示出了图4所示的振荡器30、32的详细配置。振荡器30、32具有相同的元件配置，并且由具有相同特性的LC谐振电路组成。与线圈L11并联连接的电容器C10对应于图1所示的MEMS单元100中所形成的电容器C1、C2中的一个。振荡信号FA(或FB)的频率依赖于电容器的电容(C10、C11、C12、C13和C14的总电容)和线圈L11的电感。
一般来说，从LC振荡器输出的振荡信号的频率由表达式(1)表示，其中C是电容器的总电容，L是线圈的电感。
f＝1/(2π×sqrt(LC))……(1)因为振荡器30、32的总电容和电感相同，所以当MEMS单元100没有受到外力F时，振荡信号FA、FB的频率彼此相等。即使在振动板20振动时，如果没有施加外力F，C1、C2的电容也以相同的程度变化，因此，振荡信号FA、FB的频率变为彼此相等。当如图3所示施加外力F时，电容器C1、C2的电容变为彼此不同。因为电感L是常数，所以振荡信号FA、FB的频率根据外力F(科里奥利力)而变为彼此不同。
在上述MEMS传感器中，当施加外力时，在振动的振动板20和玻璃衬底10之间形成的电容器C1、C2的电容随着作用在振动板20上的科里奥利力而改变，使得这些电容变得具有彼此不同的值。因为电容差检测电路200的振荡器30、32组成了包括电容器C1、C2的谐振电路，所以振荡信号FA、FB的频率依赖于电容器C1、C2的电容变化而变化。因此，混频器34通过检测频率的变化(频率差)，得到相对的电容差。
作为一个具体示例，下面的描述示出了当由于对MEMS传感器施加了外力F而使得电容器C2的电容相对于电容器C1的电容增大了2aF时，电容差检测电路200的操作。这里，假设未施加外力F时，振荡器30、32的总电容和线圈L11的电感分别为4pF和6nH。
当施加了外力F时，假设振荡器30、32的总电容分别是4pF和4.000002pF，则从前述表达式(1)得到的振荡信号FA、FB的频率分别为1027.340950MHz和1027.340697MHz。因此，混频器34输出频率为253Hz的频率差信号FOUT。频率/电压转换单元36将频率差信号FOUT的频率转换为代表电容差的检测电压VOUT。因此，电容差检测电路200的主控制单元39能够将小到2aF的电容差检测为253Hz的频率。主控制单元39监视由频率比较器38输出的比较信号VCMP的电压，来判断电容器C1、C2中哪一个的电容较大。
以这种方式，主控制单元39通过监视检测电压VOUT和比较信号VCMP，检测电容器C1、C2的电容之间的差，由此来根据检测结果检测施加于MEMS传感器上的外力F(角速度或加速度)。
如上所述，在第一实施例中，在MEMS单元100中所形成的电容器C1、C2的电容之间的差被检测为振荡信号FA、FB的频率之间的差，这允许对小的电容差进行高精度检测。结果，可以根据检测到的频率变化高精度地计算施加在衬底10水平方向上的外力F(角速度或加速度)。
混频器34生成其频率代表振荡信号FA、FB的频率之间的差的频率差信号FOUT，并且频率/电压转换单元36将频率差信号FOUT的电压分量平滑化，使得电容差可以被检测为电压VOUT。因此，只需要主控制单元39通过使用AD转换器等根据电压计算角速度或加速度，这可以简化其电路配置。
频率比较器38将振荡信号FA、FB的频率相比较，以获得它们之间的大小关系，这使得不仅可以判断电容差，还可以判断电容的大小关系。
图6示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第二实施例的基本部分。用相同的参考标号和符号来表示与第一实施例中所描述的元件相同的元件，并省略对它们的详细描述。在该实施例中，电容差检测电路200A的振荡器32A与第一实施例的振荡器32不同。其他配置与第一实施例相同。这意味着MEMS传感器具有图1所示的MEMS单元100，并且例如被用作用于启动安装在汽车中的气囊的传感器。振荡器32A具有控制端子VT，并且其振荡频率是根据施加在控制端子VT上的电压可调的。
图7详细示出了图6所示的振荡器32A。振荡器32A由与第一实施例的振荡器30(图5)相似的LC谐振电路组成。振荡器32A的电容器C21、C22、C23、C24、线圈L21、电阻器R21、R22、R23以及晶体管Q20被形成为分别具有与振荡器30的电容器C11、C12、C13、C14、线圈L11、电阻器R11、R12、R13以及晶体管Q10相同的特性。这意味着振荡器30的这些元件的布图和振荡器32A相同。但是，振荡器32A具有串联连接到电容器C2的可变电容二极管(变容二极管)VC。在未施加外力F的状态中，电容器C2的电容与电容器C1的电容不同。在未施加外力F的状态中，电容器C2和可变电容二极管VC的总电容基本上与电容器C1的电容相同。
可变电容二极管VC具有接收用于调节电容的控制电压VT的控制端子VT。通常理想的是，由相同元件组成的振荡器输出具有相同频率的振荡信号。但是，通过使用半导体制造技术而实际形成的元件特性是不同的。因此，振荡信号的频率并不变得彼此精确相等。控制电压VT调节可变电容二极管VC的电容，并且使振荡器32A的总电容等于振荡器30的总电容，使得即使存在制造误差等，也可以使振荡信号FA、FB的频率彼此相等。尤其在MEMS传感器被制造之后，也可以使振荡信号FA、FB的频率彼此相等。
如上所述，在第二实施例中也可以获得与上述第一实施例相同的效果。另外，因为控制电压被施加到振荡器32A的控制端子VT，所以在制造MEMS传感器之后，可以使得由于制造误差等引起的振荡信号FA、FB的偏离频率彼此相等。结果，可以减少由频率偏差导致的MEMS传感器故障，从而改进MEMS传感器的制造产量。换言之，即使在不严格的条件下制造电容差检测电路200A和MEMS传感器，也可以使振荡器30、32A的振荡频率彼此一致，这使得制造成本降低。
图8示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第三实施例的基本部分。用相同的参考标号和符号来表示与第一和第二实施例中所描述的元件相同的元件，并且省略对它们的详细描述。在该实施例中，形成电容差检测电路200B来代替第二实施例中的电容差检测电路200A。除了电容差检测电路200B之外，MEMS传感器与第一实施例中相同。这意味着MEMS传感器具有图1所示的MEMS单元100，并且例如被用作用于启动安装在汽车中的气囊的传感器。
电容差检测电路200B与第二实施例的电容差检测电路200A的不同在于其具有混频器34B和主控制单元39B，代替了混频器34和主控制单元39。电容差检测电路200B还具有屏蔽控制单元40B。其他配置与第二实施例的电容差检测电路200A相同。
除了第一实施例的混频器34的功能之外，混频器34B还具有这样的功能根据屏蔽信号MSK被去活。具体地说，响应于屏蔽信号MSK的激活，混频器34B被去活，以输出频率为0的频率差信号FOUT。因此，当屏蔽信号MSK被激活时，无论MEMS单元100的状态如何，频率/电压转换单元36都判定振荡信号FA、FB的频率彼此相等，以输出代表频率一致的0(零)V的检测电压VOUT。
屏蔽控制单元40B接收比较信号VCMP和参考电压VREF1、VREF2(VREF1＜VREF2)，并且当比较信号VCMP的电压落在参考电压VREF1、VREF2之间时，其激活屏蔽信号MSK。当比较信号VCMP的电压低于参考电压VREF1或高于参考电压VREF2时，屏蔽控制单元40B去活屏蔽信号MSK。另外，当比较信号VCMP的电压低于参考电压VREF1时，屏蔽控制单元40B将符号信号SIG变为低电平，并且当比较信号VCMP的电压高于参考电压VREF2时，将符号信号SIG变为高电平。符号信号SIG用于判断振荡信号FA、FB中哪一个的频率较高。
主控制单元39B的功能基本与第一实施例的主控制单元39相同。主控制单元39B根据检测电压VOUT和符号信号SIG，检测电容器C1、C2的电容之间的差以及差值的变化，并且根据检测结果，计算施加于MEMS单元100的外力F(角速度或加速度)。基于符号信号SIG判断电容器C1、C2的电容之间的大小关系。然后，当检测到某个方向的大于预定值的加速度时，主控制单元39B启动气囊。注意，主控制单元39B控制整个MEMS传感器的工作。
图9详细示出了图8所示的屏蔽控制单元40B。屏蔽控制单元40B具有差分放大器AMP1、AMP2和AND门以及缓冲器电路BUF。差分放大器AMP1当比较信号VCMP的电压高于参考电压VREF1时，输出高电平，并且当比较信号VCMP的电压低于参考电压VREF1时，输出低电平。例如，将参考电压VREF1设置为比VCC/2低了阈值电压V1的值(假设VCC＝3V且V1＝0.1V，则VREF1＝1.4V)。
差分放大器AMP2当比较信号VCMP的电压低于参考电压VREF2时，输出高电平，并且当比较信号VCMP的电压高于参考电压VREF2时，输出低电平。例如，将参考电压VREF2设置为比VCC/2高了阈值电压V1的值(假设VCC＝3V且V1＝0.1V，则VREF2＝1.6V)。
AND门当比较信号VCMP的电压落在参考电压VREF1和参考电压VREF2之间时，将屏蔽信号MSK激活为高电平，并且当比较信号VCMP的电压低于参考电压VREF1或高于参考电压VREF2时，将屏蔽信号MSK去活为低电平。缓冲器电路BUF将差分放大器AMP1的输出电压转换为符号信号SIG(代表高电平或低电平的二进制逻辑信号)。
在该实施例的MEMS传感器中，当比较信号VCMP的电压是1.4V至1.6V时，混频器34B输出频率为0的频率差信号FOUT，并且频率/电压转换单元36输出0(零)V的检测电压VOUT，表示电容器C1、C2的电容彼此相等。因此，当比较信号VCMP的电压是1.4V至1.6V时，即使由于向MEMS单元100施加了外力F而使得电容彼此不同，主控制单元39B也不检测角速度或加速度。这样，提供了电容变化的死区，这可以降低对角速度或加速度的检测灵敏度。具体地说，例如与第一实施例相似，假设当电容器C1、C2的电容之间的差是2aF时输出253Hz的频率差信号FOUT，则当电容差小于2aF时，换言之，当振荡信号FA、FB的频率之间的差小于预设的253Hz时，屏蔽信号MSK被激活。因此，频率差信号FOUT的频率当其将低于253Hz时恒定地变为0(零)。这使得可以防止主控制单元39B响应于频率处于不必进行检测的范围之内(等于或低于253Hz的频率)的频率差信号FOUT而操作，因此减小了功耗。
如上所述，第三实施例中也可以获得与上述第一和第二实施例相同的效果。另外，可以防止主控制单元39B响应于频率处于不必进行检测的范围之内的频率差信号FOUT而操作。结果，可以减小MEMS传感器工作时的功耗。
图10示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第四实施例的基本部分。用相同的参考标号和符号来表示与第一至第三实施例中所描述的元件相同的元件，并且省略对它们的详细描述。在该实施例中，形成电容差检测电路200C来代替第三实施例的电容差检测电路200B。除了电容差检测电路200C之外，MEMS传感器与第一和第二实施例相同。这意味着MEMS传感器具有图1所示的MEMS单元100，并且例如被用作用于启动安装在汽车中的气囊的传感器。
除了混频器34和频率/电压转换单元36C与混频器34B和频率/电压转换单元36不同之外，电容差检测电路200C与第三实施例的电容差检测电路200B相同。除了第一实施例的频率/电压转换单元36的功能之外，频率/电压转换单元36C还具有这样的功能根据屏蔽信号MSK被去活。具体地说，响应于屏蔽信号MSK的激活，频率/电压转换单元36C被去活。此时，无论MEMS单元100(图1)的状态如何，频率/电压转换单元36C都输出0(零)V的检测电压VOUT，表示振荡信号FA、FB的频率彼此相等。因此，与第三实施例相似，当振荡信号FA、FB的频率之间的差小于预设值时(例如，当比较信号VCMP的电压是1.4V至1.6V时)，即使由于向MEMS单元100施加了外力F而使得电容彼此不同，主控制单元39B也不检测角速度或加速度。
如上所述，第四实施例中可以获得与第一至第三实施例相同的效果。
图11示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第五实施例的基本部分。用相同的参考标号和符号来表示与第一实施例中所描述的元件相同的元件，并且省略对它们的详细描述。MEMS传感器具有图1所示的MEMS单元100以及电容差检测电路200D，并且例如被用作用于启动安装在汽车中的气囊的传感器。
电容差检测电路200D具有生成振荡信号FA(第一振荡信号)的振荡器30、生成振荡信号FB(第一振荡信号)的振荡器32、分别接收振荡信号FA、FB的PLL电路42D、43D、混频器34、频率/电压转换单元36、频率比较器38以及主控制单元39D。PLL电路42D、43D具有相同的电路配置。除了第一实施例的主控制单元39的功能之外，主控制单元39D还具有改变PLL电路42D、43D的分频比的功能。
PLL电路42D根据内置分频器的分频比，生成频率高于振荡信号FA的频率的振荡信号FA2(第二振荡信号)。PLL电路43D根据内置分频器的分频比，生成频率高于振荡信号FB的频率的振荡信号FB2(第二振荡信号)。PLL电路42D、43D具有接收改变信号RINA、RINB(设置值)的输入端子，其中改变信号RINA、RINB从主控制单元39D输出，以改变内置分频器的分频比。混频器34检测振荡信号FA2、FB2的频率之间的差，以输出频率等于该频率差的频率差信号FOUT。
PLL电路42D、43D被插入到振荡器30、32与混频器34之间，使得要被提供给混频器34的振荡信号FA2、FB2的频率变为高于振荡信号FA、FB的频率。因此，代表频率差的频率差信号FOUT的频率变高。这提高了对电容器C1、C2的电容变化的检测灵敏度。具体地说，假设使振荡信号FA2、FB2的频率为振荡信号FA、FB的频率的两倍，则当频率差信号FOUT的频率为253Hz时，可以检测到1aF的电容差。
图12详细示出了图11所示的PLL电路42D、43D。因为PLL电路42D、43D具有相同的电路配置，所以这里只描述PLL电路42D。PLL电路42D具有分频器1/R、相位比较器P/D、电荷泵C/P、低通滤波器LPF、压控振荡器VCO以及分频器1/N。注意，主控制单元39D具有改变分频器1/R、1/N的分频比的功能。
如典型的PLL电路中一样，从PLL电路42D、43D输出的振荡信号FA2、FB2的频率FVCO可以由表达式(2)表示，其中FOSC是输入到PLL电路42D、43D的每个振荡信号FA、FB的频率，R是分频器1/R的分频比，N是分频器1/N的分频比。
FVCO＝FOSC×(N/R)……(2)因此，较小的分频比R和较高的分频比N可以增加振荡信号FA2、FB2的频率。另外，通过改变分频比R、N，可以自由改变振荡信号FA、FB的频率。因此，在未向MEMS传感器施加外力F时(处于电容器C1、C2的平衡状态)，可以通过改变分频比R、N，使得振荡信号FA、FB的频率彼此相等。换言之，在该实施例中，不必像在第二实施例(图6)中那样在振荡器32A中插入可变电容二极管VC来通过控制端子VT调节电容。因此，通过改变PLL电路42D、43D中的至少一个的分频比R、N，即使振荡器30、32具有制造误差等，也可以使振荡信号FA、FB的频率彼此相等。
如上所述，第五实施例中也可以获得与上述第一和第二实施例相同的效果。换言之，通过改变PLL电路42D、43D中至少一个的分频比R、N，在制造MEMS传感器之后，由于制造误差等而彼此偏离的振荡信号FA、FB的频率可以被使得彼此相等。结果，可以减少由频率偏差导致的MEMS传感器故障，以实现MEMS传感器制造产量的提高。换言之，即使在不严格的条件下制造电容差检测电路200D和MEMS传感器，也可以使振荡器30、32的振荡频率彼此相等。结果，可以降低制造成本。
另外，通过使用PLL电路42D、43D，使提供给混频器34的振荡信号FA2、FB2的频率高于振荡器30、32输出的振荡信号FA、FB的频率，使得可以使代表频率差的频率差信号FOUT的频率更高。结果，可以提高对电容器C1、C2的电容变化的检测灵敏度。
图13示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第六实施例的基本部分。用相同的参考标号和符号来表示与第一和第五实施例中所描述的元件相同的元件，并且省略对它们的详细描述。MEMS传感器具有图1所示的MEMS单元100和电容差检测电路200E，并且例如被用作用于启动安装在汽车中的气囊的传感器。
电容差检测电路200E具有生成振荡信号FA(第一振荡信号)的振荡器30、生成振荡信号FB(第一振荡信号)的振荡器32E、接收振荡信号FB以输出振荡信号FB2的PLL电路42E、接收振荡信号FA、FB2的混频器34、频率/电压转换单元36、频率比较器38、AD转换器44E、运算电路46E、寄存器48E以及主控制单元39E。除了第一实施例的主控制单元39的功能之外，主控制单元39D还具有控制AD转换器44E和运算电路46E的操作的功能。如稍后将描述的，AD转换器44E、运算电路46E和寄存器48E用作分频控制单元，其改变PLL电路42E的分频器的分频比，以使得振荡信号FA、FB2的频率在未施加外力F的初始状态中彼此相等。
在该实施例中，通过使用MEMS单元100(图1)中所形成的电容器C1来配置振荡器30(LC谐振电路)。通过使用MEMS单元100中所形成的电容器C2来组成PLL电路42E中的压控振荡器(未示出)。理想的是，振荡信号FA、FB的频率相同，但是在某些情况下，由于制造误差等，它们彼此略有偏离。
在未向MEMS单元100施加外力F时(处于电容器C1、C2的平衡状态；例如，在MEMS传感器的初始化序列期间)，AD转换器44E响应于从主控制单元39E输出的激活信号ACT1而操作，并将从频率比较器38输出的比较信号VCMP的电压转换为数字值。运算电路46E响应于从主控制单元39E输出的激活信号ACT2而操作，并根据从AD转换器44E输出的数字值，计算PLL电路42E的分频比(图12中所述的分频比R、N)，以使得提供给混频器34的振荡信号FA、FB2的频率彼此相等。寄存器48E保持从运算电路46E输出的代表分频比的数字值，以将保持的数字值输出到PLL电路42E。PLL电路42E根据接收到的数字值，改变内置分频器(未示出)的分频比。因此，在MEMS传感器的初始化序列期间，振荡信号FB2的频率被自动使得等于振荡信号FA的频率。
具体地说，例如如图4所示，在初始化序列期间，当频率之间保持FA＞FB2的关系时，频率比较器38输出电压高于1.5V的比较信号VCMP。为了使频率FA＝FB2，运算电路46E根据数字值计算PLL电路42E的分频比，并且经由寄存器48E将设置值输出到PLL电路42E，以将PLL电路42E的分频比设置为所计算出的值。PLL电路42E根据经由寄存器48E提供的设置值改变分频比。这使得振荡信号FA、FB2的频率彼此相等。
在初始化序列期间使振荡信号FA、FB2的频率彼此相等之后，主控制单元39E使激活信号ACT1、ACT2被去活，以停止AD转换器44E和运算电路46E的工作。在MEMS传感器工作时，通过中止AD转换器44E和运算电路46E的工作，减少了功耗。在停止AD转换器44E和运算电路46E的工作后，寄存器48E继续保持最后写入的代表分频比的设置值(用于使振荡信号FA、FB2的频率彼此相等)。因此，在MEMS传感器开始工作之后，在未向MEMS单元100施加外力F的平衡状态中，振荡信号FA、FB2的频率彼此相等。
注意，用非易失性存储器组成寄存器48E，这使得可以在MEMS传感器的制造过程(测试过程)中设置分频比，以使振荡信号FA、FB2的频率彼此相等。因此，在制造MEMS传感器之后，由于制造误差等原因而彼此偏离的振荡信号FA、FB的频率可以被使得彼此相等。结果，与第二和第五实施例相似，可以减少由频率偏差导致的MEMS传感器故障，以提高MEMS传感器的制造产量，使得可以降低制造成本。
如上所述，第六实施例中可以获得与上述第一、第二和第五实施例相同的效果。
图14示出了本发明的电容差检测电路和MEMS传感器的第七实施例的基本部分。用相同的参考标号和符号来表示与第一和第五实施例中所描述的元件相同的元件，并且省略对它们的详细描述。MEMS传感器具有图1所示的MEMS单元100和电容差检测电路200F，并且例如被用作用于启动安装在汽车中的气囊的传感器。
电容差检测电路200F具有分别生成振荡信号FA、FB的振荡器30、32、接收振荡信号FA以输出振荡信号FA2的PLL电路42D、接收振荡信号FB以输出振荡信号FB2的PLL电路43D，以及接收PLL电路42D、43D的压控振荡器VCO的输入电压VTA、VTB以将输入电压VTA、VTB之间的差输出为检测电压VOUT的差分放大器50。差分放大器50用作检测单元，如稍后将描述的，其将电容器C1、C2的电容之间的差检测为振荡信号FA、FB的频率之间的差。
在该实施例中，差分放大器50直接比较压控振荡器VCO的输入电压VTA、VTB，使得在MEMS工作时电容器C1、C2的电容之间的差被检测。注意，当在未向MEMS单元100(图1)施加外力F的状态中(处于电容器C1、C2的平衡状态)由于MEMS传感器的制造误差等原因造成电容器C1、C2的电容彼此不同时，输入电压VTA、VTB也彼此不同。在这种情形中，形成寄存器，其将在平衡状态中的检测电压VOUT保持为校正值(数字值)，并且根据该寄存器保持的校正值，MEMS传感器工作时输出的检测电压VOUT被校正，使得可以改进电容差的检测精度。
如上所述，第七实施例中也可以获得与上述第一和第二实施例相同的效果。
注意，在上述第一、第二、第五和第六实施例中，在未向MEMS单元100施加外力F的平衡状态(初始状态)中，可以预先使提供给混频器34的一对振荡信号的频率彼此不同。在这种情形中，在平衡状态期间，混频器34输出具有预定频率的频率差信号FOUT。因此，在平衡状态中，输出频率不为0的带有偏移的频率差信号FOUT。这使得不需要在平衡状态中将频率差信号FOUT的频率精确设置为0，使得可以使用简单电路来配置混频器34，从而可以降低设计成本和制造成本。
可以在上述第一、第五和第六实施例的电容差检测电路的每一个中都形成第三或第四实施例的屏蔽控制单元40B，从而防止主控制单元响应于其频率位于不必进行检测的范围内的频率差信号FOUT而工作。
在上述第五至第七实施例的每一个中，使用具有小数分频功能的分频器组成PLL电路，使得可以微量调节分频比。这使得可以确保地使在未施加外力F的初始状态中要被提供给混频器的振荡信号的频率彼此相等。
上述第一至第七实施例已经描述了一些示例，其中使用一对电容器C1、C2来组成MEMS传感器，电容器C1、C2的电容分别随外力F而变化。本发明并不限于这样的实施例。例如，可以使用两对或三对电容器来组成高精度工作的双轴或三轴MEMS传感器。在这种情形中，沿着彼此不同的轴布置两个MEMS单元100或三个MEMS单元100。
权利要求
1.一种电容差检测电路，包括多个振荡器，所述多个振荡器具有电容随外力变化的电容器，并且分别根据电容生成第一振荡信号；和检测单元，通过检测第一振荡信号的频率之间的差，来检测电容之间的相对差。
2.根据权利要求1所述的电容差检测电路，其中至少一个所述振荡器包括电容可变的可变电容二极管；和调节所述可变电容二极管的电容的控制端子；并且具有所述可变电容二极管的所述至少一个振荡器根据所述电容器中的一个以及所述可变电容二极管的电容，生成第一振荡信号。
3.根据权利要求1所述的电容差检测电路，其中所述多个振荡器是成对的两个振荡器；并且所述检测单元包括混频器，所述混频器接收一对第一振荡信号，并输出频率差信号，所述频率差信号的频率等于接收到的一对第一振荡信号的频率之间的差。
4.根据权利要求3所述的电容差检测电路，其中所述检测单元包括频率/电压转换单元，所述频率/电压转换单元将频率差信号的频率转换为指示电容之间的相对差的检测电压。
5.根据权利要求4所述的电容差检测电路，其中所述频率/电压转换单元包括平滑单元，所述平滑单元使频率差信号的正电压分量平滑，以输出平滑后的电压作为检测电压。
6.根据权利要求4所述的电容差检测电路，还包括屏蔽控制单元，当一对第一振荡信号的频率之间的差小于预设值时，所述屏蔽控制单元激活屏蔽信号，其中在接收被激活的屏蔽信号时，所述频率/电压转换单元输出指示电容之间的差为零的检测电压。
7.根据权利要求3所述的电容差检测电路，其中在未施加外力的初始状态中，组成所述振荡器的所述电容器的电容彼此不同；并且在初始状态中，所述混频器输出指示预设初始频率的频率差信号。
8.根据权利要求3所述的电容差检测电路，还包括频率比较器，比较第一振荡信号的频率大小。
9.根据权利要求3所述的电容差检测电路，还包括屏蔽控制单元，当第一振荡信号的频率之间的差小于预设值时，所述屏蔽控制单元激活屏蔽信号，其中在接收被激活的屏蔽信号时，所述混频器输出指示第一振荡信号的频率之间的差为零的频率差信号。
10.根据权利要求3所述的电容差检测电路，还包括分别位于所述振荡器和所述混频器之间的一对锁相环电路，所述一对锁相环电路分别从所述振荡器接收第一振荡信号以生成频率高于第一振荡信号频率的第二振荡信号，并且将生成的第二振荡信号输出到所述混频器作为第一振荡信号。
11.根据权利要求10所述的电容差检测电路，其中每个所述锁相环电路具有接收设置值的输入端子，所述设置值用于改变分频器的分频比，以便在未施加外力的初始状态中，所述混频器接收到频率彼此相等的第二振荡信号，所述分频器内置在每个所述锁相环电路中。
12.根据权利要求11所述的电容差检测电路，其中所述分频器具有小数分频功能。
13.根据权利要求3所述的电容差检测电路，还包括位于所述振荡器中的一个与所述混频器之间的具有分频器的锁相环电路，所述锁相环电路从所述这个振荡器接收第一振荡信号中的一个，生成频率高于所述这个第一振荡信号的第二振荡信号，并且将生成的第二振荡信号输出到所述混频器作为所述这个第一振荡信号；和分频控制单元，所述分频控制单元改变所述分频器的分频比，以便使得在未施加外力的初始状态中，第二振荡信号的频率与所述第一振荡信号中的另一个的频率一致。
14.根据权利要求13所述的电容差检测电路，还包括频率比较器，所述频率比较器将从所述振荡器中的另一个输出的所述第一振荡信号中的另一个与第二振荡信号的频率比较大小，其中所述分频控制单元根据所述频率比较器的比较结果，改变所述分频器的分频比。
15.根据权利要求13所述的电容差检测电路，其中所述锁相环电路包括分频器；并且所述分频器具有小数分频功能。
16.根据权利要求1所述的电容差检测电路，还包括衬底；质量体，所述质量体面对所述衬底可移位地放置，并且在垂直于所述衬底的方向上振动，其中所述多个振荡器是成对的两个振荡器；每个所述振荡器的电容器由在所述衬底上形成的第一电极和在所述质量体上形成的面对第一电极的第二电极构成；并且每个所述振荡器生成频率由每个所述电容器的电容确定的第一振荡信号，所述电容当所述质量体由于外力作用而相对于所述衬底移位时被改变。
17.一种电容差检测电路，包括一对振荡器，所述一对振荡器具有电容随外力变化的电容器，并且分别根据电容生成第一振荡信号；一对锁相环电路，所述一对锁相环电路具有压控振荡器，并且分别从所述振荡器接收第一振荡信号，以从压控振荡器输出第二振荡信号；和检测单元，所述检测单元接收分别要被输入到所述锁相环电路的压控振荡器的输入电压，并且检测接收到的输入电压之间的差作为电容之间的相对差，其中所述输入电压根据第一振荡信号和第二振荡信号的频率被调节。
18.一种微机电系统传感器，包括衬底；在所述衬底上形成的一对第一电极；质量体，所述质量体面对所述衬底可移位地放置，在垂直于所述衬底的方向上振动，并且由于在与振动方向垂直的方向上施加的角速度或加速度而移位；分别在所述质量体上面对所述第一电极的位置处形成的第二电极；一对振荡器，所述一对振荡器具有一对电容器，并且分别根据电容器的电容生成第一振荡信号，其中每个所述电容器由彼此面对的第一电极和第二电极形成；检测单元，通过检测第一振荡信号的频率变化，来检测电容之间的相对差；和主控制单元，根据由所述检测单元检测到的频率变化，计算在所述衬底的水平方向上施加的角速度或加速度。
19.根据权利要求18所述的微机电系统传感器，其中至少一个所述振荡器包括电容可变的可变电容二极管；和调节所述可变电容二极管的电容的控制端子；并且具有所述可变电容二极管的所述至少一个振荡器根据所述电容器中的一个以及所述可变电容二极管的电容，生成第一振荡信号。
20.根据权利要求18所述的微机电系统传感器，其中所述检测单元包括混频器，所述混频器接收一对第一振荡信号，并输出频率差信号，所述频率差信号的频率等于接收到的一对第一振荡信号的频率之间的差。
21.根据权利要求20所述的微机电系统传感器，其中所述检测单元包括频率/电压转换单元，所述频率/电压转换单元将频率差信号的频率转换为指示电容之间的相对差的检测电压。
22.根据权利要求21所述的微机电系统传感器，其中所述频率/电压转换单元包括平滑单元，所述平滑单元使频率差信号的正电压分量平滑，以输出平滑后的电压作为检测电压。
23.根据权利要求21所述的微机电系统传感器，还包括屏蔽控制单元，当一对第一振荡信号的频率之间的差小于预设值时，所述屏蔽控制单元激活屏蔽信号，其中在接收被激活的屏蔽信号时，所述频率/电压转换单元输出指示电容之间的差为零的检测电压。
24.根据权利要求20所述的微机电系统传感器，其中在未施加外力的初始状态中，组成所述振荡器的所述电容器的电容彼此不同；并且在初始状态中，所述混频器输出指示预设初始频率的频率差信号。
25.根据权利要求20所述的微机电系统传感器，还包括频率比较器，比较第一振荡信号的频率大小。
26.根据权利要求20所述的微机电系统传感器，还包括屏蔽控制单元，当第一振荡信号的频率之间的差小于预设值时，所述屏蔽控制单元激活屏蔽信号，其中在接收被激活的屏蔽信号时，所述混频器输出指示第一振荡信号的频率之间的差为零的频率差信号。
27.根据权利要求20所述的微机电系统传感器，还包括分别位于所述振荡器和所述混频器之间的一对锁相环电路，所述一对锁相环电路分别从所述振荡器接收第一振荡信号以生成频率高于第一振荡信号频率的第二振荡信号，并且将生成的第二振荡信号输出到所述混频器作为第一振荡信号。
28.根据权利要求27所述的微机电系统传感器，其中每个所述锁相环电路具有接收设置值的输入端子，所述设置值用于改变分频器的分频比，以便在未施加外力的初始状态中，所述混频器接收到频率彼此相等的第二振荡信号，所述分频器内置在每个所述锁相环电路中。
29.根据权利要求28所述的微机电系统传感器，其中所述分频器具有小数分频功能。
30.根据权利要求20所述的微机电系统传感器，还包括位于所述振荡器中的一个与所述混频器之间的具有分频器的锁相环电路，所述锁相环电路从所述这个振荡器接收第一振荡信号中的一个，生成频率高于所述这个第一振荡信号的第二振荡信号，并且将生成的第二振荡信号输出到所述混频器作为所述这个第一振荡信号；和分频控制单元，所述分频控制单元改变所述分频器的分频比，以便使得在未施加外力的初始状态中，第二振荡信号的频率与所述第一振荡信号中的另一个的频率一致。
31.根据权利要求30所述的微机电系统传感器，还包括频率比较器，所述频率比较器将从所述振荡器中的另一个输出的所述第一振荡信号中的另一个与所述第二振荡信号的频率比较大小，其中所述分频控制单元根据所述频率比较器的比较结果，改变所述分频器的分频比。
32.根据权利要求30所述的微机电系统传感器，其中所述锁相环电路包括分频器；并且所述分频器具有小数分频功能。
33.一种微机电系统传感器，包括衬底；在所述衬底上形成的一对第一电极；质量体，所述质量体面对所述衬底可移位地放置，在垂直于所述衬底的方向上振动，并且由于在与振动方向垂直的方向上施加的角速度或加速度而移位；分别在所述质量体上面对所述第一电极的位置处形成的第二电极；一对振荡器，所述一对振荡器具有一对电容器，并且分别根据电容器的电容生成第一振荡信号，其中每个所述电容器由彼此面对的第一电极和第二电极形成；一对锁相环电路，所述一对锁相环电路具有压控振荡器，并且分别从所述振荡器接收第一振荡信号，以从压控振荡器输出第二振荡信号；和检测单元，所述检测单元接收分别要被输入到所述锁相环电路的压控振荡器的输入电压，并且检测接收到的输入电压之间的差作为电容之间的相对差，其中所述输入电压根据第一振荡信号和第二振荡信号的频率被调节；和主控制单元，根据由所述检测单元检测到的频率变化，计算在所述衬底的水平方向上施加的角速度或加速度。
全文摘要
本发明提供了一种电容差检测电路和微机电系统传感器。振荡器分别具有电容器，电容器的电容随外力而变化，并且振荡器根据电容生成第一振荡信号。例如，每个电容器位于衬底和质量体之间，其中质量体面对衬底可移动地放置，并且在垂直于衬底的方向上振动。检测单元通过检测第一振荡信号频率之间的差，来检测电容器的电容之间的相对差。根据检测单元检测到的频率变化，计算在衬底水平方向上施加的角速度或加速度。因此，形成了检测由外力引起的两个电容器的电容之间的微小变化的电容差检测电路和微机电系统传感器。
文档编号G01C19/56GK1696717SQ20051006634
公开日2005年11月16日 申请日期2005年4月22日 优先权日2004年5月14日
发明者北野麻世, 鹫见秀司, 森边刚 申请人:富士通株式会社