专利名称：具有活动部分和偏置的传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括活动部分的传感器，并且涉及由该传感器输出的信号的读出和放大。
背景技术：
在许多应用中使用具有活动部分的传感器，例如作为加速度传感器或作为声音传感器(即麦克风)。在这些传感器的一些类型中，活动对象相对于靠近活动对象布置的两个或更多个电极被移位，并且由该移动弓I起的在活动对象与电极之间的电容的变化可以从传感器中被读出。例如，活动对象可以是麦克风的膜。这样的传感器可以例如以微机电系统(MEMS)的形式被实施，所述微机电系统(MEMS)还被称为基于微系统技术的微机器或系统。 因为在许多情况下由传感器提供的信号比较弱，所以通常在进ー步处理该信号之前对其进行放大。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供ー种设备。所述设备包括传感器，其包括活动部分和至少两个电极；以及偏置电路，其被配置成将至少ー个第一电压和至少ー个第二电压交替地施加于所述传感器。根据本发明的第二方面，提供一种设备。所述设备包括传感器，其包括第一电极、活动部分和第二电极，第一电容被限定在所述第一电极和所述活动部分之间，以及第ニ电容被限定在所述活动部分和所述第二电极之间；第一电压源；第一开关，其将所述第一电压源与所述活动部分或所述第一和第二电极中的一个耦合；以及第二开关，其将所述第二电压源与所述活动部分或所述第一和第二电极中的ー个耦合。根据本发明的第三方面，提供一种设备。所述设备包括传感器，其包括第一电极、第二电极以及布置在所述第一电极和所述第二电极之间的活动部分；第一放大器装置，其中所述第一放大器装置的第一输入端与所述第一电极耦合；第二放大器装置，所述第二放大器装置的第一输入端与所述第二电极耦合；以及反馈回路，其经由耦合被耦合在所述第一放大器装置和第二放大器装置的输出端与所述第一放大器装置和所述第二放大器装置的第二输入端之间。根据本发明的第四方面，提供ー种方法。所述方法包括提供包括布置在至少两个电极之间的活动部分的传感器；以及在至少两个不同值之间交替地切换用于所述传感器的偏置电压。
图I示出根据ー个实施例的设备的框图。图2示出在一些实施例中使用的传感器的实例。
图3示出根据ー个实施例的设备的电路图。图4示出说明根据ー个实施例的方法的流程图。图5示出用于说明一些实施例的一些特征的曲线。图6示出根据ー个实施例的设备的框图。在下文共同称为图7的图7A和7B示出根据ー个实施例的设备的电路图。
具体实施例方式在下文中，将详细描述本发明的一些实施例。应当理解，下面的描述仅仅出于说明的目的而被给出，并且不应在限制性意义上来理解。本发明的范围不打算由在下文參考附图描述的实施例来限定，而是打算仅由所附权利要求及其等同物来限定。还应当理解，在下面对实施例的描述中，在附图中示出的或在此描述的功能块、装置、部件、电路元件或者其他物理或功能単元之间的任何直接的连接或耦合也可以由间接的连接或耦合(即包括一个或多个中间元件的连接或耦合)来实施。此外，应当认识到，在附图中示出的功能块或单元在一些实施例中可以被实施为分开的电路，但是在其他实施例中也可以被完全地或部分地实施在公共电路中。換言之，在附图中使用不同功能块或单元打算给出对由对应装置执行的各种功能的清楚理解，但是不应将其解释为指示功能块必须被实施为分开的物理単元。进ー步应当理解，在下面的说明书中被描述为基于导线的任何连接也可以被实施为无线连接，除非有相反的说明。应当注意，附图被提供以给出本发明的实施例的ー些方面的说明，并且因此附图应当被认为仅仅是示意图。特别是，在附图中示出的元件不一定关于彼此是按比例的，以及附图中各种元件的放置被选择以提供对相应实施例的清楚理解，并且不应将其解释为一定是在相应实施例的实施中各种部件的实际相对位置的表示。在此所述的各种实施例的特征可以彼此组合，除非另有专门地说明。另ー方面，描述具有多个特征的实施例不应被解释为指示所有这些特征对于实行本发明是必须的，因为其他实施例可以包括更少的特征和/或替换的特征。在下面的实施例中，具有活动部分和至少两个电极的传感器被描述。对于这样的传感器而言，活动部分由于要被传感器监视的事件而相对于电极被移位，并且该移位引起指示事件的电极和活动对象之间的电容的变化，该变化然后能够以电的方式被检测到。例如，在麦克风(即声音传感器)的情况下，事件可以是输入声波，以及在加速度传感器的情况下，事件可以是传感器被加速。电极可以相对于活动部分被偏置，这可以通过将电压施加于电极、活动部分或这二者来实现。稍后将更详细地解释这样的传感器的实例。现在转向附图，在图I中示出根据本发明一个实施例的框图。在图I中示出的设 备包括传感器10，其在图I的实施例中是包括邻近至少两个电极(例如在至少两个电极之间)布置的活动部分的传感器。传感器10的输出与读出电路11 I禹合,读出电路11输出输出信号out。传感器10例如可以是麦克风或加速度传感器，但是不限于此。此外，图I包括偏置电路12，其被配置成例如通过将电压施加于电极和/或活动部分来利用至少两个不同电压Vml、Vm2相对于活动部分交替地偏置传感器10的电极。偏置电路12可以与读出电路11耦合。例如，在一个实施例中，读出电路11可以取决于在电压Vml和Vm2之间的切換来改变读出或者执行读出。在另ー实施例中，读出电路11可以另外或可替换地关于在电压Vml、Vm2之间的切换和/或这些电压的大小来控制偏置电路12，从而提供从传感器10经由读出电路11和偏置电路12回到传感器10的反馈路径。通过如将在下面进ー步解释的那样利用电压Vml和电压Vm2交替地偏置传感器10的第一电极和第二电极并且适当地选择电压，可以获得所感测的信号的放大。可以被看作一种类型的超再生放大的该放大利用了下述事实如上所述的传感器可以被近似为具有带有包络y(t)的自由响应的ニ阶线性系统，包络y(t)可以由下式近似
y{t) :: 1/(0)-(I)
其中，T是时间常数，以及tdl是延迟时间。时间常数T可以为正(稳定状态)或者为负(不稳定状态)。活动质量的稳定状态是在至少缺少外力(比如声学力)的情况下活动部分返回到平衡位置的状态，而在其不稳定状态中，离开平衡位置的位移増加。时间常数T可以通过将不同的电压施加于传感器的电极来改变。特别是，取决于电压的选择，可以使时间 常数T为正或为负。通过以所谓的猝熄频率在正和负时间常数之间周期性地切換，可以获得放大，使用比如在上文提到的反馈之类的反馈，可以增加比如在图I中示出的装置之类的装置的猝熄频率。在图2中，示出以麦克风形式的传感器的实例。例如基于硅衬底，图2的麦克风可以被制造为微机电系统(MEMS )。图2中示出的麦克风包括可以将电压施加于其的上背板20和下背板21，即它们可以分别被用作第一和第二电极。膜22位于上背板20和下背板21之间。在零位置中，膜22和上背板20之间的距离是X0，1，并且膜22和下背板21之间的距离是X0，2。由于机械和/或电学力，膜22可能被移位到例如示出经移位的膜22A的位置。位移被表示为X’ 00如果图2的麦克风被用在图I的实施例中，则电压Vml、Vm2可以被交替地施加于上背板20和下背板21，即在ー个时间，电压Vml被施加于上背板20和下背板21，以及在不同的时间，电压Vm2被施加于上背板20和下背板21，或者可以被交替地施加于膜22。经移位的膜22A和上背板20之间的电学力被标记为Fe，1，以及经移位的膜22a和下背板21之间的电学力被标记为Fe，2。Fa是由声学声波引起的力，以及Fm是可以由具有弹簧常数k_h的弹簧23表示的机械力。应当注意，在这样的系统中，通常不存在实际的“弹簧”，但是例如可以在座架之间悬挂膜，并且因此膜离开其零位置的位移引起回复力。V1是上背板20和(经移位的)膜22A之间的电压，以及V2是下背板21和(经移位的)膜22A之间的电压。紧邻电压、距离和力的箭头指示相应量的“正”方向，即在箭头的方向上的量在下面的等式和解释中为正，以及在相反方向上的量为负。对于较简单的等式，共模电压V。和差模电压Vd被定义，使得
权利要求
1.一种设备，包括 传感器，其包括活动部分和至少两个电极；以及 偏置电路，其被配置成将至少一个第一电压和至少一个第二电压交替地施加于所述传感器。
2.根据权利要求I所述的设备，其中，所述偏置电路被配置成将所述至少一个第一电压和至少一个第二电压交替地施加于所述活动部分和所述至少两个电极中的一个。
3.根据权利要求I所述的设备，其中，施加所述至少一个第一电压与所述活动部分的 稳定状态相关联，以及施加所述至少一个第二电压与所述活动部分的不稳定状态相关联。
4.根据权利要求I所述的设备，还包括从所述传感器的输出端到所述偏置电路的反馈路径，所述偏置电路被配置成取决于经由所述反馈路径接收的信号来提供所述至少第一电压和所述至少一个第二电压。
5.根据权利要求I所述的设备，其中，所述传感器包括麦克风、加速度计或陀螺仪中的至少一个。
6.根据权利要求I所述的设备，其中，所述传感器被实施为微机电系统。
7.根据权利要求I所述的设备，其中，所述至少两个电极包括第一板和第二板，以及其中所述活动部分包括在所述第一板和所述第二板之前悬挂的膜。
8.—种设备,包括 传感器，其包括第一电极、活动部分和第二电极，第一电容被限定在所述第一电极和所述活动部分之间，以及第二电容被限定在所述活动部分和所述第二电极之间； 第一电压源； 第一开关，其将所述第一电压源与所述活动部分或所述第一和第二电极中的一个耦合；以及 第二开关，其将所述第二电压源与所述活动部分或所述第一和第二电极中的一个耦合 o
9.根据权利要求8所述的设备，还包括至少一个时钟，其被耦合至所述第一开关和所述第二开关并且被配置成交替地闭合所述第一开关和所述第二开关。
10.根据权利要求8所述的设备，还包括放大器，所述放大器的第一输入端被耦合至所述第一电极，以及所述放大器的第二输入端被耦合至所述第二电极，所述放大器的第一输出端被耦合至第一输出管脚，以及所述放大器的第二输出端被耦合至第二输出管脚。
11.根据权利要求10所述的设备，还包括与所述放大器并联地耦合的至少一个另外的开关，所述至少一个另外的开关被配置成与所述第二开关被同步地操作。
12.根据权利要求10所述的设备，还包括与所述放大器并联地耦合的至少一个第三电容。
13.根据权利要求8所述的设备，还包括与所述第一电极和所述第二电极耦合的偏置电路。
14.一种设备，包括 传感器，其包括第一电极、第二电极以及布置在所述第一电极和所述第二电极之间的活动部分； 第一放大器装置，其中所述第一放大器装置的第一输入端与所述第一电极耦合；第二放大器装置，所述第二放大器装置的第一输入端与所述第二电极耦合；以及 反馈回路，其经由耦合被耦合在所述第一放大器装置和第二放大器装置的输出端与所述第一放大器装置和所述第二放大器装置的第二输入端之间。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述反馈回路包括在所述第一放大器装置和所述第二放大器装置的所述输出端与所述第一放大器装置和所述第二放大器装置的所述第一输入端之间的另外的耦合。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述另外的耦合是经由电容的耦合。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述反馈路径包括第三放大器装置，其被配置成放大经由所述耦合提供的第一信号；以及第四放大器装置，其放大经由所述另外的 耦合提供的第二信号，所述第四放大器装置的放大因子大于所述第三放大器装置的放大因子。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述第四放大器装置的所述放大因子基本上是所述第三放大器装置的放大因子的两倍。
19.根据权利要求14所述的设备，其中，所述反馈路径包括差动的差分放大器装置，所述差动的差分放大器装置的输入端与所述第一放大器装置和所述第二放大器装置的所述输出端I禹合。
20.根据权利要求14所述的设备，其中，所述反馈路径包括开关电路，其被配置成在所述反馈路径中间歇地交换第一反馈信号和第二反馈信号。
21.—种方法,包括 提供包括布置在至少两个电极之间的活动部分的传感器；以及 在至少两个不同值之间交替地切换用于所述传感器的偏置电压。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述偏置电压的所述切换包括在稳定状态和不稳定状态之间切换所述传感器。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括取决于所述传感器的输出而提供所述至少两个不同的电压。
24.根据权利要求21所述的方法，还包括基于具有第一放大的所述传感器输出来生成第一反馈信号，以及基于具有不同于所述第一放大的第二放大的所述传感器输出来生成第二反馈信号。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述传感器包括麦克风、加速度计和陀螺仪中的至少一个。
全文摘要
本发明公开了具有活动部分和偏置的传感器。提供方法和设备，其中利用至少两个不同电压来交替地偏置包括至少两个电极和活动部分的传感器。
文档编号G01D5/241GK102650533SQ20121004355
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月24日 优先权日2011年2月25日
发明者C.B.武尔青格, J.L.塞巴洛斯 申请人:英飞凌科技股份有限公司