本申请要求2015年12月15日提交的题为“Accel Series Resistance to PM Detector”的美国临时专利申请No.62/267,858的优先权，该申请出于所有目的通过引用的方式并入本文。
背景技术：
诸如智能电话、智能手表、平板电脑、汽车、空中无人驾驶飞机、电器、飞行器、锻炼辅助设备和游戏控制器之类的许多物品在其操作期间可以利用运动传感器。在许多应用中，各种类型的运动传感器(诸如加速度计和陀螺仪)可以被独立地分析或一起分析，以确定特定应用的各种信息。例如，陀螺仪和加速度计可以用于游戏应用(例如，智能电话或游戏控制器)以采集用户的复杂运动，无人机和其它飞行器可以基于陀螺仪测量结果(例如，滚动、俯仰和偏航)确定朝向，并且车辆可以利用测量结果确定方向(例如，用于航位推算)和安全性(例如，识别打滑或翻转状况)。
诸如加速度计和陀螺仪之类的运动传感器可以被制造成使用半导体制造技术制造的微机电(MEMS)传感器。MEMS传感器可以包括可以对作用力(诸如线加速度(例如，对于MEMS加速度计)和角速度(例如，对于MEMS陀螺仪))作出反应的可移动检测质块。在可移动检测质块上的这些作用力的操作可以基于检测质块响应于作用力的移动来测量。在一些实施方式中，该移动基于可移动质块与感测电极之间的距离来测量，这些可移动质块与感测电极形成了用于感测移动的电容器。MEMS加速度计的感测电极可以接收驱动频率的信号，这导致检测质块由于线加速度而相对于感测电极运动。在一些实施方式中，可以测量检测质块的电压，以便感测响应于线加速度的运动。检测质块的电压的感测通路内的电阻可以指示加速度计的一个或多个构件的损坏，并且可能导致线加速度的测量结果的误差。
技术实现要素：
在本公开的示例性实施例中，微机电(MEMS)加速度计包括悬挂式弹簧质块系统，悬挂式弹簧质块系统包括检测质块和多个弹簧，其中检测质块响应于沿感测轴方向的线加速度而沿着感测轴移动，并且其中检测质块响应于该线加速度而沿着静态轴为静态的。MEMS加速度计还可以包括：在静态轴的方向上位于检测质块的邻近处的辅助电极，其中具有辅助驱动频率的辅助驱动信号被施加于辅助电极；在感测轴的方向上位于检测质块的邻近处的感测电极，其中具有感测驱动频率的感测驱动信号被施加于感测电极；以及与检测质块耦合的处理电路，用于处理来自检测质块的所接收信号，基于所接收信号中与感测驱动信号相关联的部分来确定加速度，基于所接收信号中与辅助驱动信号相关联的部分来识别误差，并且基于所识别的误差对加速度计执行补偿。
根据本公开的示例性方法包括：向感测电极提供具有感测驱动频率的感测驱动信号，向辅助电极提供具有辅助驱动频率的辅助驱动信号，并且从位于感测电极的邻近处并且位于辅助电极的邻近处的检测质块接收信号，所接收信号包括与感测电极相关联的感测信号部分以及与辅助驱动信号相关联的辅助信号部分。在一种实施例中，该方法还包括基于感测信号部分来确定加速度，基于辅助信号部分来识别误差，并且基于所识别的误差对加速度计执行补偿。
在根据本公开的一种实施例中，微机电(MEMS)加速度计包括：第一辅助电极，其中具有辅助驱动频率的第一辅助驱动信号被施加于第一辅助电极；第二辅助电极，其中具有辅助驱动频率的第二辅助驱动信号被施加于第二辅助电极；第一感测电极，其中具有感测驱动频率的第一感测驱动信号被施加于第一感测电极；以及第二感测电极，其中具有感测驱动频率的第二感测驱动信号被施加于第二感测电极。在一种实施例中，MEMS加速度计还包括位于第一辅助电极和第一感测电极的邻近处的第一检测质块，位于第二辅助电极和第二感测电极的邻近处的第二检测质块，以及处理电路，该处理电路被配置为接收与第一检测质块相关联的第一接收信号以及与第二检测质块相关联的第二接收信号，基于第一接收信号和第二接收信号各自与感测驱动频率相关联的部分来确定加速度，基于第一接收信号和第二接收信号各自与辅助驱动频率相关联的部分来识别误差，并且基于所识别的误差对加速度计执行补偿。
附图说明
在考虑了下面结合附图的具体实施方式之后，本领域技术人员将会更加清楚本公开的上述及其它特征、本公开的性质及各种优点，在附图中：
图1示出了根据本公开的一种实施例的说明性的运动感测系统；
图2示出了根据本公开的一些实施例的包括辅助电极的说明性的加速度计，辅助电极用于提供在辅助驱动频率处的辅助驱动信号；
图3示出了根据本公开的一些实施例的图2的加速度计的说明性示意图；
图4示出了根据本公开的一些实施例的具有两对辅助电极的示例性加速度计的说明性示意图；
图5示出了根据本公开的一些实施例的辅助信号测量电路的说明性示意图；
图6示出了根据本公开的一些实施例的辅助信号测量电路的说明性电路图；
图7示出了根据本公开的一些实施例的用于确定在加速度计的感测通路内是否存在误差的示例性步骤；以及
图8示出了根据本公开的一些实施例的用于对存在于加速度计的感测通路内的误差进行补偿的示例性步骤。
具体实施方式
加速度计被设计并被制造成微机电(MEMS)加速度计。MEMS层使用半导体处理技术来形成，包括传感器的机械构件以及与MEMS加速度计的其它构件(例如，位于传感器管芯之内的CMOS电路(例如，还用作衬底或盖层的CMOS层)或者传感器管芯之外的CMOS电路)的电连接。MEMS层被密封于诸如下垫衬底层和盖层的其它半导体层之内。
MEMS层包括悬挂式弹簧质块系统，在该悬挂式弹簧质块系统中一个或多个检测质块通过弹簧悬挂于MEMS层内，并且检测质块的运动受弹簧限制，并且在一些实施例中受诸如质块和杠杆之类的附加构件限制。这些弹簧和附加构件共同允许检测质块沿着某些轴(例如，用于测量线加速度的一个或多个轴)运动，同时限制沿着其它轴的运动，使得检测质块响应于外部作用力沿着这些其它轴几乎没有移动(即，检测质块沿着这些其它轴为静态的)。
固定的感测电极在所感测的线加速度的方向上位于每个检测质块的邻近处。每个检测质块与其相邻的感测电极形成电容器，该电容器的电容基于检测质块与感测电极之间的距离而变化。该距离进而随着悬挂的检测质块响应于线加速度而相对于固定的感测电极移动而变化。在感测驱动频率处的感测驱动信号施加于感测电极，使得在感测驱动频率处的信号的幅度基于电容耦合的检测质块响应于线加速度的运动而变化。电容的变化由可以与电容器的构件(如检测质块或感测电极)耦合的感测电路来感测，并且线加速度基于感测电路的输出来确定。
辅助电极还可以位于检测质块的邻近处，以便与检测质块形成电容器。尽管在一些实施例中辅助电极可以位于相对于检测质块的其它位置，但是在一种实施例中辅助电极可以在检测质块响应于外部作用力为静态(例如，基于悬挂式弹簧质块系统的配置)的方向上位于检测质块的邻近处。在一种实施例中，辅助电极可以处于检测质块的同一平面内，从而形成面内电容；在其它实施例中，这些辅助电极可以处于检测质块平面的平行平面内，从而形成面外电容。
可以将辅助驱动信号提供给辅助电极，并且通过由其形成的电容器将辅助驱动信号提供给相邻的检测质块。辅助驱动信号与感测驱动信号的频率可以是不同的，并且在一些实施例中，可以选择频率，使得两种信号的前几个谐波不重叠。例如，辅助驱动信号的频率可以等于感测驱动信号的频率乘以32再除以21。因为辅助电极与检测质块相对于彼此是静态的，所以由感测电路在辅助驱动信号下接收到的所感测信号的一部分可以在正常的操作状况下是基本上恒定的。但是，如果在感测通路中(如检测质块、悬挂式质块系统的构件，以及与感测电路的其它电连接)发生损坏，则在辅助驱动频率处的信号的幅度将会与由该损坏产生的电阻成比例地减小。一旦该信号幅度下降到阈值以下(例如，指示电阻在阈值以上)，误差就可以被确定，并且在一些实施例中，可以执行补偿以允许加速度计尽管有误差也可继续操作。
图1示出了根据本公开的一些实施例的示例性的运动感测系统10。尽管在图1中示出了特定的构件，但是应当理解，传感器、处理构件、存储器及其它电路的任意合适的组合可以根据需要用于不同的应用和系统。在本文所描述的实施例中，运动感测系统可以至少包括MEMS加速度计12和支持电路，例如处理电路14和存储器16。在一些实施例中，一个或多个附加的传感器18(例如，附加的MEMS陀螺仪、MEMS加速度计、MEMS传声器、MEMS压力传感器和罗盘)可以包括于运动处理系统10内，以提供集成的运动处理单元(“MPU”)(例如，包括MEMS陀螺仪感测的3个轴、MEMS加速度计感测的3个轴、传声器、压力传感器和罗盘)。
处理电路14可以包括一个或多个构件，用于基于运动处理系统10的要求提供必要的处理。在一些实施例中，处理电路14可以包括硬件控制逻辑，该硬件控制逻辑可以集成于传感器的芯片内(例如，在加速度计12或其它传感器18的衬底或盖子上，或者在芯片与加速度计12或其它传感器18相邻的部分上)，用于控制加速度计12或其它传感器18的操作并且针对加速度计12或其它传感器18执行各方面的处理。在一些实施例中，加速度计12和其它传感器18可以包括一个或多个寄存器，该一个或多个寄存器允许硬件控制逻辑各方面的操作被修改(例如，通过修改寄存器的值)。在一些实施例中，处理电路14还可以包括处理器(如微处理器)，该处理器执行例如存储于存储器16内的软件指令。微处理器可以通过与硬件控制逻辑交互来控制加速度计12的操作，并且处理接收自加速度计12的测量信号。微处理器可以按照类似的方式与其它传感器18交互。
尽管在一些实施例(在图1中未示出)中加速度计12或其它传感器18可以直接与外部电路通信(例如，经由串行总线或者与传感器输出和控制输入的直接连接)，但是在一种实施例中处理电路14可以处理接收自加速度计12和其它传感器18的数据，并且经由通信接口20(例如，SPI或I2C总线，或者在汽车应用中，控制器区域网络(CAN)或局域互联网络(LIN)总线)与外部构件通信。处理电路14可以将接收自加速度计12和其它传感器18的信号转换成适当的测量单位(例如，基于由经由通信总线20通信的其它计算单元提供的设定)，并且执行更复杂的处理以确定诸如取向或欧拉角的测量，并且在一些实施例中，根据传感器数据确定是否正在发生特定的活动(例如，行走、跑步、制动、打滑、翻滚等)。
在一些实施例中，可以在可被称为传感器融合的过程中基于来自多个加速度计12和传感器18的数据来确定某些类型的信息。通过结合来自多个传感器的信息，可以准确地确定可用于多种应用的信息，例如，图像稳定化、导航系统、汽车控制和安全性、航位推算、远程控制和游戏装置、活动传感器、三维相机、工业自动化及众多其它应用。
示例性的MEMS加速度计(例如，加速度计12)可以包括一个或多个可移动检测质块，该一个或多个可移动检测质块按照可允许MEMS加速度计测量沿着轴的线加速度的方式来配置。在一些实施例中，该一个或多个可移动检测质块可以从锚定点悬挂下来，锚定点可以指MEMS传感器的固定的任何部分，例如，从与器件的MEMS层平行的层(例如，CMOS层)延伸出的锚定点，器件的MEMS层的框架，或者MEMS器件的相对于可移动检测质块固定的其它任意合适部分。检测质块可以按照使得它们响应于线加速度而移动的方式来布置。检测质块响应于线加速度相对于固定面(例如，固定电极)的运动被测量并被缩放，以确定线加速度或者其它一些运动参数。
示例性的MEMS加速度计可以具有检测质块，这些检测质块按照以下方式悬挂：使得它们相对不太可能沿着某些轴(例如，垂直于沿其测量线加速度的轴)移动，例如，基于弹簧或者沿着这些特定的轴相对为刚性的其它耦合器，使得检测质块沿着这些特定的轴为静态的。在本文所描述的实施例中，一个或多个辅助电极可以在该静态轴的方向上位于检测质块的邻近处，并且具有辅助驱动频率的辅助驱动信号可以经由辅助电极基于形成于它们之间的电容器而提供给检测质块。如同本文所描述的，该信号可以被用来识别误差，例如，对加速度计的一个或多个构件和加速度计的感测通路的可能的破坏。该辅助驱动信号可以具有与施加于感测电极的感测驱动信号不同的频率，使得这两个信号的最初几个谐波不重叠。以此方式，在辅助驱动频率和感测驱动频率这两种频率处的信息可以由处理电路14的感测电路独立访问。基于在辅助驱动频率处的信号(例如，包括其谐波)的测量结果，可以识别出误差，可以执行补偿，可以识别出故障，和/或可以向其它构件、器件和电路提供通知(例如，经由通信接口20)。
图2示出了根据本公开的一些实施例的包括辅助电极的说明性的加速度计。如图2所示，示例性的加速度计包括悬挂式弹簧质块系统、多个感测电极和多个辅助电极。尽管示例性的加速度计200在图2中被示为包括特定的构件，但是应当理解，本公开可以用多种加速度计设计来实现，这些设计可包括任意合适数量和配置的检测质块、弹簧、耦合质块、杠杆、耦合臂、电极，以及可允许感测一个或多个方向上的线加速度的其它合适的构件。
在一种实施例中，加速度计包括在加速度计的MEMS层中的检测质块202和检测质块204，该检测质块202和检测质块204经由各自的弹簧214a/214b和216a/216b从多个锚定点210a/210b和212a/212b悬挂下来。示例性的锚定点210a/210b和212a/212b从衬底(例如，在负z方向上位于MEMS层下方)延伸到MEMS层之内，使得在MEMS层内的弹簧214a/240b和216a/216b便于检测质块202和204的悬挂。在一种实施例中，弹簧214a/240b和216a/216b是折叠的弹簧，这些折叠的弹簧被构造并被定位为使得它们沿着加速度计200的MEMS平面内的第一轴是顺从的(compliant)，而沿着MEMS平面内的第二轴是刚性的。在图2的示例性实施例中，加速度计200可以沿着x轴感测线加速度，并且弹簧214a/240b和216a/216b可以是沿着x轴为顺从的，而沿着y轴为刚性的。
加速度计可以包括用于感测检测质块202和204响应于线加速度的移动的构件，该构件可以包括任意合适的感测机制，例如，光学感测、压电感测、电容感测或其它任意合适的感测技术。在一种实施例中，感测可以基于检测质块202和204相对于固定的感测电极的移动来执行。尽管在图2中被示为形成电容板，但是在实施例中，检测质块和感测电极可以包括其它合适的感测构件，例如，可形成电容器的驱动梳，该电容器的电容基于相应的检测质块和固定的感测电极之间的距离而改变。
在一种实施例中，第一检测质块臂206可以沿着正y方向从检测质块202延伸出去，并且第二检测质块臂208可以沿着负y方向从检测质块204延伸出去，使得每个检测质块臂都可以形成裸露的表面(例如，在z方向上具有MEMS层的深度)，该表面面向沿其方向的线加速度正被感测的轴的方向(例如，面向正x方向和负x方向中的每一个)。如图2所示，在示例性的实施例中，多个感测电极中的每一个都可以位于检测质块202/204的检测质块臂206/208的邻近处。在本公开的上下文中，应当理解，关于电极或类似感测构件“邻近”于检测质块的描述包括检测质块或其任何构件，或者随检测质块成比例地且一致地移动的其它任何构件。
在图2的实施例中，每个感测电极218a、218b、220a和220b都从衬底延伸到MEMS层内，使得每个检测质块都包括沿着加速度计所感测的线加速度的轴面向检测质块臂206/208之一的平面的表面(例如，感测电极220a的沿正x方向面向检测质块206的表面的表面、感测电极218a的沿负x方向面向检测质块206的表面的表面、感测电极218b的沿正x方向面向检测质块208的表面的表面、以及感测电极220b的沿负x方向面向检测质块208的表面的表面)。以此方式，感测电极220a和218a各自与检测质块臂206形成了电容器，该电容器基于检测质块臂206相对于固定的感测电极220a/218a的移动而改变电容，同时感测电极218b和220b各自与检测质块臂208形成了电容器，该电容器基于检测质块臂208相对于固定的感测电极218b/220b的移动而改变电容。
在一些实施例中，可以将周期性信号施加于感测电极和/或检测质块，以便感测沿着感测轴的线加速度。周期性信号可以是在检测质块没有在运动时(即，在没有线加速度时)被施加的且被感测为具有基本上恒定的幅度的感测驱动信号。响应于沿着感测轴的线加速度，检测质块可以移动，使得相对于固定的感测电极的振荡的幅度按照与线加速度的大小成比例的方式变化。
在图2的示例性加速度计的一种实施例中，差分感测驱动信号可以被施加于特定检测质块的相应感测电极，但是应当理解，在一些实施例中可以使用共模驱动信号。如图2所示，标记SD1与每个感测电极218a和218b相关联，并且标记SD2与每个感测电极220a和220b相关联。在一种实施例中，每个标记对应于具有共同的感测驱动频率但是180°异相的差分感测驱动信号SD1和SD2。以此方式，第一感测驱动信号SD1通过由感测电极218a和检测质块臂206形成的电容器施加于检测质块202，第二感测驱动信号SD2通过由感测电极220a和检测质块臂206形成的电容器施加于检测质块202，第一感测驱动信号SD1通过由感测电极218b和检测质块臂208形成的电容器施加于检测质块204，并且第二感测驱动信号SD2通过由感测电极220b和检测质块臂208形成的电容器施加于检测质块204。在图2的示例性实施例中，感测驱动信号的这种配置和应用可以导致检测质块202和204响应于沿着感测轴的线加速度而运动，使得检测质块202和感测电极218a之间的相对位置和电容等于检测质块204和感测电极218b之间的相对位置和电容，并且使得检测质块202和感测电极220a之间的相对位置和电容等于检测质块204和感测电极220b之间的相对位置和电容。
尽管应当理解，检测质块对于线加速度的响应可以基于来自各种感测机制的各种合适的测量技术(例如，测量来自感测电极的信号等)，但是在一种实施例中，检测质块相对于感测电极的移动可以基于分别来自检测质块202(PM1)和检测质块204(PM2)的电压VPM1和VPM2来测量。电压可以经由检测质块202的感测通路222以及检测质块224的感测通路224来测量。尽管感测通路在图2中被示为直接连接，但是应当理解，感测通路可以包括任意合适的构件或者它们的组合，用于形成被感测的构件(例如，检测质块202和204)与响应于检测质块相对于感测电极的移动而产生信号的感测电路之间的电通路。在示例性的实施例中，感测通路可以包括在MEMS层内的一个或多个构件(例如，检测质块、弹簧、耦合质块、杠杆等)、MEMS管芯的其它层(例如，锚定点、电迹线、导线等)以及与加速度计管芯耦合的其它构件(例如，与外部感测电路连接的导线或引线)。
在一些实施例中，一个或多个辅助电极还可以按照与检测质块形成一个或多个附加电容器的形式位于检测质块(即，检测质块、其构件或者与其一致地移动的连接构件)的邻近处。辅助电极可以位于响应于沿着感测轴的线加速度而为静态(例如，基于用于限制检测质块在辅助电极的方向上的移动的一个或多个弹簧或其它构件的配置)的检测质块的一部分的邻近处。辅助电极可以是固定的(例如，锚定于CMOS层的衬底)，使得辅助电极与检测质块之间的电容不会响应于沿着感测轴的线加速度而改变。
在图2的加速度计200的示例性的实施例中，辅助电极226可以位于检测质块202的邻近处，使得各自具有沿着MEMS层的z向深度的在y方向上的面向的表面(例如，辅助电极226具有沿负y方向取向的电容器面，并且检测质块202具有沿正y方向取向的电容器面)。辅助电极228可以位于检测质块204的邻近处，使得各自具有沿着MEMS层的z向深度的在y方向上的面向的表面(例如，辅助电极228具有沿正y方向取向的电容器面，并且检测质块204具有沿负y方向取向的电容器面)。
辅助电极可以将辅助驱动信号施加于检测质块，该辅助驱动信号可以被用来识别感测通路内的误差(例如，物理损坏)。感测通路内的误差可能会影响加速度计测量沿着感测轴的运动的准确性，例如，因为与误差/损坏相关联的电阻会改变基于感测驱动信号感测到的信号。在一种实施例中，辅助驱动信号可以具有辅助驱动频率，该辅助驱动频率可以被选为与感测驱动频率不同的频率。在一些实施例中，辅助驱动频率可以被选择为使得每个信号的最初一组初始谐波不会重叠(例如，使得辅助驱动频率等于感测驱动频率的32/21)。但是，可以使用其它相对的频率值，使得辅助驱动信号大于或小于感测驱动频率，包括幅度的量级或其它。
如同本文所描述的，可以基于通过感测通路的辅助驱动信号的测量(要么单独地要么与感测驱动信号的测量相结合)来识别和量化感测通路内的误差。因为所感测的辅助驱动信号应当在操作期间保持为相对不变的，所以信号的幅度的变化(例如，减小或增大到超过一个或多个阈值)可以指示出误差，并且在一些实施例中可以指示出误差的严重程度。在识别出误差的一些实施例中，可以基于严重程度通过修改操作参数(例如，比例因子、感测驱动信号的电压、信号通路增益，或者其它合适的操作参数)来在加速度计处执行补偿。在一些实施例中，还可以将感测驱动信号的测量结果连同辅助驱动信号一起来考虑，从而识别误差或严重程度，或者从而控制补偿。例如，可以基于感测驱动信号的随着时间响应于加速度的变化以及与辅助驱动信号的变化相关的变化来识别模式。
尽管可以按照各种合适的形式(例如，共模、每个检测质块对应多个辅助电极对，等等)来施加辅助驱动信号，但是在图2所示的实施例中，可以将单个辅助电极定位于每个检测质块的邻近处，并且驱动电极可以将差分信号AD1和AD2施加于其各自的检测质块(例如，使得辅助驱动信号AD1经由辅助电极226施加于检测质块202，并且使得辅助驱动信号AD2经由辅助电极228施加于检测质块204，其中辅助驱动信号AD1和辅助驱动信号AD2为差分信号)。
图3提供了根据本公开的一些实施例的与处理电路耦合的图2的加速度计的示例性示意图。在图3的示意图中，检测质块、感测电极和辅助电极的编号对应于图2中的编号，这些物理元件在图3中由圆形节点指示。检测质块202和204对应于节点302和304，感测电极218a和218b对应于节点318a/b，感测电极220a和220b对应于节点320a/b，并且辅助电极226和228对应于节点326和328。如图3所示，感测电极318a/b和320a/b各自被示为单个节点，每对节点318a/b和320a/b均提供相应的感测驱动信号SD1或SD2。
由检测质块和感测电极形成的电容器被示为电容器340(例如，在检测质块302与感测电极318a之间)、电容器342(例如，在检测质块302与感测电极320a之间)、电容器344(例如，在检测质块304与感测电极320b之间)，以及电容器346(例如，在检测质块304与感测电极318b之间)。由检测质块和辅助电极形成的电容器被示为电容器350(例如，在检测质块302与辅助电极326之间)和电容器352(例如，在检测质块304与辅助电极328之间)。在图2和3的实施例中，电容器340、342、344和346的电容将会响应于沿着感测轴的线加速度而变化，而电容器350和352的电容不会响应于沿着感测轴的线加速度而变化。
每个电容器都可以基于电容器的电容以及施加于每个电容器的信号(如SD1、SD2、AD1和AD2)进行充电和放电。这些电荷变化包括基于所施加的信号的频率的周期性分量。这些变化在检测质块302和304处被感测出，并且经由感测通路322和感测通路324(例如，对应于图2中的感测通路222和感测通路224)提供给感测电路370(例如，处理电路14的感测电路370)。
在某些情况下，诸如一个或多个构件的损坏之类的误差可能会出现于感测通路322和324之一或两者内。误差可以在电气上表现为感测通路的电特性(例如，电阻、电容、电感，或其组合)的变化，并且被示为误差364和366。任何这样的误差都可能导致加速度测量结果的误差，因为接收自加速度计的信号可能会基于感测通路内变化的电特性而变化。可能不能单独识别或量化基于误差的感测驱动信号，因为可能不清楚在感测驱动频率处的所接收信号的变化是误差引起的还是检测质块相对于感测电极的运动(例如，改变电容器340、342、344和346的电容)引起的。在本文所述的示例性实施例中，误差可以被描述为可导致所感测信号减小的电阻变化(例如，增大)，尽管应当理解，任何此类引用同样可以指的是表现为其它电特性的变化的误差，如同本文所描述的。
接收自加速度计300的信号可以经由感测通路322和324提供给感测电路370。尽管感测电路可以包括各种合适的构件，但是在一种实施例中，感测电路可以包括与两个感测通路322和324耦合的处理和测试电路372，用于测量所感测的加速度(例如，电容-电压转换电路)，并且基于所接收信号中归因于辅助驱动信号的部分来识别感测通路内的误差。在其它实施例(在图3中未示出)中，独立的电路可以执行用于确定加速度的处理以及用于识别误差的处理，例如，通过为每个操作配备独立的差分放大器。
处理和测试电路372可以包括转换电路(例如，电容-电压转换电路)，该转换电路可以将从检测质块处感测到的电容差转换为具有电压的所感测信号，并且在一些实施例中，提供滤波(例如，用于强调在感测驱动频率处的信号)。所感测信号可以被提供给附加的处理和滤波电路，该附加的处理和滤波电路可以用来输出代表加速度的信号(例如，基于所感测信号在感测驱动频率处的部分)，以及针对误差进行测试(例如，基于所感测信号在辅助驱动频率处的部分)。在一种实施例中，附加的缩放和测量电路(在图3中未示出)可以将比例因子和滤波应用于信号，并且提供所测量信号或测量值，例如加速度值或者代表加速度的信号。结果可以是加速度输出374，该加速度输出374可以是可用于确定加速度的任意合适的信号(例如，所感测信号在感测驱动频率处的部分、直接与检测质块的物理运动成比例的信号等)或者加速度的测量结果(如加速度值)。
为了分析所感测信号在辅助驱动频率处的部分，信号处理电路可以强调基于所接收信号中与辅助驱动信号相关联的部分。如本文所述，可以安置用于提供辅助驱动信号的辅助电极，使得相应的检测质块沿着感测轴响应于线加速度而为静态的。所感测信号的辅助驱动频率部分的处理电路可以基于所接收信号中与辅助驱动信号相关联的部分以及它的可能由误差引起的变化(如幅度、频率、相位等)来识别出相应的感测通路322或324内的误差364或366(例如，作为电阻)。可以由处理电路370基于与阈值的比较识别出误差并且提供有关误差的信息(例如，作为通知)，并且在一些实施例中，可以基于该误差(例如，误差的类型、误差的严重程度等)来执行补偿，并且有关补偿的通知可以由处理电路370作为误差输出376来提供。
图4示出了根据本公开的一些实施例的包括辅助电极的且针对感测通路内的误差进行测试的加速度计的另一种实施例的示例性示意图。尽管图4的加速度计可以包括任意合适的构件，但是在一种实施例中，图4中的许多构件可以对应于图3中编号相同的构件并且按照与它们类似的方式来运行。
在一些实施例中，多个辅助电极可以相对于每个检测质块而定位，使得每个辅助电极与检测质块一起形成电容器(或者在一些实施例中，与多个检测质块一起形成电容器，在图3和4中未示出)。辅助电极的数量可以针对特定的应用来修改，并且可以按照合适的倍数以及按照偶数或奇数来提供。尽管辅助电极可以位于相对于检测质块的不同位置，但是在一种实施例中，某些或全部辅助电极可以在检测质块沿着感测轴响应于线加速度而为静态的方向上位于所关联的检测质块的邻近处，使得形成于它们之间的电容器的电容没有响应于线加速度而改变。
在图4的示例性实施例中，辅助电极426可以相对于检测质块302而定位，以形成电容器450；辅助电极427可以相对于检测质块302而定位，以形成电容器451；辅助电极428可以相对于检测质块304而定位，以形成电容器452；并且辅助电极429可以相对于检测质块304而定位，以形成电容器453。具有辅助驱动频率的辅助驱动信号可以被施加于每个辅助驱动电极(例如，辅助驱动信号AD11可以被施加于辅助电极426，辅助驱动信号AD21可以被施加于辅助电极427，辅助驱动信号AD12可以被施加于辅助电极428，辅助驱动信号AD22可以被施加于辅助电极429)。在实施例中，辅助驱动信号可以作为差分信号(例如，其中AD11和AD21具有相同的相位，AD11和AD12具有相同的相位，或者AD11和AD22具有相同的相位)或者作为共模信号来施加。
在一些实施例中，一个或多个辅助电极还可以被配置为提供其它功能，例如，补偿或校准。例如，在图4的实施例中，每个辅助电极都可以与一个感测电极相关联(例如，辅助电极426可以与感测电极318a相关联，辅助电极427可以与感测电极320a相关联，辅助电极428可以与感测电极318b相关联，并且辅助电极429可以与感测电极320b相关联)。补偿或校准信号可以在例如制造、测试、操作期间经由辅助电极来提供，或者在一些实施例中，响应于对感测通路内的误差的识别而作为补偿。
图5示出了根据本公开的一些实施例的处理电路14的处理和测试电路372的说明性框图。应当理解，尽管对于处理和测试电路372可以采用各种电路，可以修改它的电路的功能，并且可以去除或重新排序某些电路，但是在一种实施例中，处理和测试电路372可以包括转换电路502、信号滤波电路504、比较滤波电路506以及阈值和补偿电路508。
辅助测量电路的转换电路502可以接收来自一个或多个感测通路的一个或多个信号，例如，来自单个感测通路，或者对由多个感测通路提供的信号进行比较。在图2-4的实施例中，转换电路可以接收来自感测通路322和324二者的所接收信号。在一种实施例中，所接收信号可以从电容器接收，并且转换电路可以执行转换，将其转换成代表着所感测的构件(例如，检测质块)的电容板处的信号(例如，幅度、波形、频率、相位等)的电压或电流。转换电路的输出可以是已转换的信号。
在一种实施例中，已转换的信号可以由转换电路502提供给信号滤波电路504。信号滤波电路504可以执行各种滤波功能，例如，降噪、模-数转换、对所需信息的强调(例如，通过高通、低通或带通滤波)、倍增、抽取，或者其它所需的滤波和信号处理操作。在一种示例性的实施例中，信号滤波电路可以执行滤波，以输出代表加速度的信号并且还提供在辅助驱动信号的频率范围内的信号。可以执行噪声滤波，并且在一些实施例中，可以对所产生的信号进行数字化。在一种实施例中，代表线加速度的信号可以作为具有基于检测质块的运动而改变的电特性的输出信号来输出。包括在辅助驱动频率处的信息的信号同样还被提供给附加的电路(例如，比较滤波电路506)，并且可以是在信号滤波电路的处理过程中确定的输出信号或中间信号。
比较滤波电路506可以包括滤波和信号处理，用于提供可以用来确定在检测质块或感测通路内是否存在误差的输出信号。尽管比较滤波电路506可以执行各种滤波功能(例如，降噪、模-数转换、对所需信息的强调(例如，通过高通、低通或带通滤波)、倍增、抽取，或者其它所需的滤波和信号处理操作)，但是在一种实施例中，比较滤波电路可以输出代表着在检测质块和感测通路内的误差的值。在一种实施例中，比较滤波电路可以去除在辅助驱动频率处的频率分量。代表着误差的所产生的一个或多个输出信号(例如，误差信号)可以被提供给阈值和补偿电路508。
阈值和补偿电路508可以接收代表着误差的一个或多个信号(例如，误差信号)，并且可以基于所接收的一个或多个信号执行多种功能。示例操作可以包括确定误差是否超过一个或多个阈值，并且基于那些阈值及其它信息，确定加速度计的操作是否应当停止，是否应当指出存在故障，是否应当在加速度计处执行补偿，是否应当基于其它信息(例如，来自其它传感器)来执行补偿，并且确定要执行的补偿的程度和类型。在一种实施例中，可以将误差信息与线加速度测量结果进行比较，以基于例如可从误差和线加速度的测量结果中识别出的常见趋势来确定通知和补偿要求。在一些实施例中，可以基于与加速度计的操作和误差测量结果和/或线加速度和/或误差测量结果的变化率相关的历史信息来执行该确定。在一些实施例中，可以将比较信息发送给外部处理电路、设备处理器或远程系统来进行分析(例如，基于随时间收集并更新的数据，基于有关多个加速度计的多个误差的已知信息)。
图6示出了根据本公开的一些实施例的处理和测试电路的说明性电路图。在一种实施例中，电路图可以示出转换电路502、信号滤波电路504、比较滤波电路506以及阈值和补偿电路508的构件，但是应当理解，在其它实施例中可以采用其它电路，所示出的构件可以重新进行布置，可以添加或去除一个或多个构件，并且可以用可执行类似功能的其它构件来替换这些构件中的一个或多个。
在转换电路502的示例性实施例中，可以在诸如电容-电压转换器(C2V)620之类的构件的相应输入节点处接收来自每个感测通路322和324的信号，并且在一种实施例中，反馈电容器622可以耦合至C2V 620的输出和第一输入节点，并且反馈电容器621可以耦合至C2V 620的输出和第二节点。C2V 620的输出可以是已转换的信号，该信号的电压对应于在与感测通路相关联的检测质块处的差分电容。
在信号滤波电路504的示例性实施例中，由C2V 620输出的已转换信号可以被处理，以便减少在感测驱动频率ΩDRV处的信号成分。在一种实施例中，所接收的已转换信号可以通过混频器624与在感测驱动频率处的周期性信号进行混合，从而使已转换信号以感测驱动频率进行频移，从而导致原始的已转换信号中与辅助驱动信号相关联的部分的频率按此量发生频移。例如，在辅助驱动频率ΩAUX＝32*ΩDRV/21的实施例中，来自辅助频率的所产生的信号成分将会具有频率ΩAUX_MIX＝11ΩΑUX/21。混频器的输出可以被提供给模-数转换器626，并且所产生的数字输出信号可以被提供给信号滤波电路504的抽取器628和比较滤波电路506。抽取器628可以降低来自模-数转换器628的数字信号的采样率，并且在其基带内输出代表着检测质块相对于感测电极的运动的信号。尽管在图6中没有示出，但是这个加速度输出可以随后被提供给附加的电路(例如，增益级)来进一步处理，以确定线加速度。
在比较滤波电路506的示例性实施例中，由模-数转换器输出的数字信号可以由高通滤波器630接收，该高通滤波器630可以具有截止频率，该截止频率使与已处理的辅助驱动信号(例如，经混频器624改变的)相关联的频率通过，同时去除了较低的频率成分。尽管在图6中示出了高通滤波器630，但是应当理解，在一些实施例中可以设置带通滤波器(例如，基于所期望的谐波或其它成分)，或者在辅助驱动频率小于感测驱动频率的实施例中，可以采用低通滤波器。所产生的信号可以在混频器632处与其自身混合，从而使频率发生频移，使得具有辅助驱动信号的响应的幅度的信号从混频器632输出到抽取器634。抽取器634可以降低来自混频器632的输出信号的采样率，并且向阈值和补偿电路508提供下采样比较信号。
在阈值和补偿电路508的示例性实施例中，可以将比较信号与一个或多个阈值进行比较。如本文所述，由于比较滤波电路506的处理而从辅助驱动信号产生的信号(例如，比较信号)可能基于误差而改变。可以基于将与比较信号相关联的值(如幅度、相位、频率)与阈值比较的方式来感测误差。尽管合适的值和阈值可以按照各种方式来比较，但是在示例性的实施例中，误差可以对应于电阻，使得电阻的增加引起比较信号的幅度的减小。
在一种实施例中，可以对于多个阈值执行多个比较，使得比较电路的不同信号电平可以引起不同的响应或通知。在一种示例性的实施例中，可以使用三个阈值(VTH1、VTH2和VTH3)来进行比较，每个阈值对应于不同的可能误差水平。尽管可以按照各种方式来执行比较，但是在一种实施例中，每个阈值可以对应于被输入到比较器636、638或640的模拟电压，其中比较信号与每个阈值进行比较。在比较信号的幅度的减小对应于较大程度的感测误差(例如，电阻)的实施例中，阈值VTH1可以大于阈值VTH2，阈值VTH2可以大于阈值VTH3。大于VTH1的比较电压可以对应于正常的操作状况，在正常的操作状况下由每个比较器636、638和640输出高信号。小于VTH1且大于VTH2的比较电压可以指示第一误差状况，在第一误差状况下，由VTH1输出低信号，并且由VTH2和VTH3输出高信号。小于VTH2且大于VTH3的比较电压可以指示比第一误差状况更严重的第二误差状况，在第二误差状况下，由VTH1和VTH2输出低信号，并且由VTH3输出高信号。最后，小于VTH3的比较电压可以指示严重级别最高的第三误差状况，在第三误差状况下，由全部VTH1、VTH2和VTH3输出低信号。
在一种实施例中，比较器的输出可以被提供给报警和补偿电路642。报警和补偿电路可以是可编程的，从而可以基于不同的误差状况采取不同的行动。示例性的行动包括提供通知，生成警报，停止加速度计的操作，修改加速度计的操作参数，修改被施加于加速度输出信号的增益值，修改加速度计的输出数据(例如，基于比例因子或者来自其它传感器的数据)，其它合适的操作，以及它们的任意合适组合。
在一种示例性的实施例中，在正常操作状况(例如，全部三个比较器均输出高信号)下，加速度计可以继续正常操作，并且可以不提供通知(例如，除了有关正常操作的通知)。在第一误差状况(例如，比较器636的低输出以及比较器638和640的高输出)的情况下，可以提供有关存在误差的报警通知，并且可以修改加速度计的输出数据，以针对误差进行调整(例如，第一种补偿)。在第二误差状况(例如，比较器636和比较器638的低输出，以及比较器640的高输出)的情况下，可以提供有关存在误差的报警通知，并且可以执行操作参数的修改(例如，对感测驱动信号的修改、将信号施加于补偿电极等)，以试图对误差进行补偿(例如，第二种补偿)。在一种实施例中，也可以响应于第二误差状况来执行对输出值的修改。在第三误差状况的情况下，可以确定加速度计应当停止操作，并且可以提供用于促使加速度计关闭的通知。
在一些实施例中，报警和补偿电路可以保留有关之前的误差状况和响应的存储，使得可以基于技术的效能来执行不同的补偿技术，并且可以基于目前正在执行的特定补偿来结合不同的补偿技术。例如，如果对操作参数的修改成功地促使加速度计从第二误差状况移动到正常状况或第一误差状况，则可以保持对操作参数的修改。在另一个实例中，对输出数据的不同修改可以对应于操作参数的不同修改，并且可以基于用来弥补误差的对操作参数的修改来采用对输出数据的不同修改。
图7-8示出了根据本公开的一些实施例的用于识别感测通路内的误差的示例性步骤。尽管图7-8在本公开的上下文中进行了描述，但是应当理解，在图7-8中所描述的方法和步骤可以被应用于各种传感器和加速度计的设计、信号通路、误差及补偿技术。尽管在图7-8中示出了特定顺序和流程的步骤，但是应当理解，在一些实施例中可以修改、移动、去除或添加一个或多个步骤，并且可以修改图7-8所述的流程。
图7示出了根据本公开的一些实施例的用于确定在加速度计的感测通路内是否存在误差的示例性步骤。如本文所述，示例性的加速度计可以包括相对于一个或多个检测质块而定位的感测电极和辅助电极二者，使得检测质块与感测电极和辅助电极一起形成电容器。
在步骤702，可以将感测驱动信号施加于感测电极。感测驱动信号可以具有感测驱动频率，并且在一些实施例中，可以将其作为差分信号提供到不同的感测电极。一旦感测驱动信号已经被施加于感测电极，处理就可以继续进行到步骤704。
在步骤704，可以将辅助驱动信号施加于辅助电极。辅助驱动信号可以具有辅助驱动频率，并且在一些实施例中，可以作为差分信号提供给不同的辅助电极。一旦辅助驱动信号已经被施加于辅助电极，处理就可以继续进行到步骤706。
在步骤706，作为感测驱动信号和辅助驱动信号的响应的组合信号可以经由感测通路来接收，例如经由与感测驱动电极和辅助电极形成电容器的一个或多个检测质块来接收。组合信号可以在处理电路处经由感测通路来接收。处理电路可以处理所接收的组合信号，以确定有关加速度的信息，识别感测通路内的误差(诸如电阻)，提供通知，执行补偿，以及执行本文所述的其它操作。一旦组合信号被接收到，处理就可以继续进行到步骤708。
在步骤708，所接收信号中与辅助驱动信号的感测通路的响应对应的部分可以从结合的所接收信号中提取。在一些实施例中，可以基于具有不同频率的辅助驱动频率和感测驱动频率通过减少与感测驱动频率对应的信号成分来提取信号的成分，在该辅助驱动频率和感测驱动频率处这两个信号的初始谐波子集不重叠。在一种实施例中，提取的输出可以是具有代表着辅助驱动信号的幅度的模拟电压的比较信号，该辅助驱动信号由于在感测通路内发生的损失而被减小。一旦所接收信号的部分在步骤708被提取，处理就可以继续进行到步骤710。
在步骤710，可以将比较信号与一个或多个阈值进行比较。在本文所述的示例性实施例中，比较信号的电压可以基于误差的严重程度(例如，感测通路内的电阻的增加)而减小，使得较低的电压对应于较严重的误差。在多个阈值的示例性实施例中，如果全部阈值均被超过，或者在一些实施例中只是警告阈值被超过，则处理可以继续进行到步骤712。在步骤712，可以基于对感测驱动信号的响应来确定加速度，并且处理可以返回到步骤702。如果辅助信号小于一个或多个阈值，或者在一些实施例中，小于与停止操作的要求或者对操作进行补偿的要求相关联的阈值，则处理可以继续进行到步骤714。
在步骤714，处理电路可以确定是否可以响应于误差而执行补偿，或者加速度计是否应该响应于误差而停止操作。如果可以执行补偿，则处理可以继续进行到图8所描述的处理。如果不可以执行补偿，则处理可以继续进行到步骤716，在步骤716中可以提供通知并且加速度计可以停止操作，例如，可以去除加速度计的一些或全部构件的电压，可以不再提供感测驱动信号等。然后，图7的处理会结束。
图8示出了根据本公开的一些实施例的对存在于加速度计的感测通路内的误差进行补偿的示例性步骤。如果在图7的步骤中已经识别出了误差(例如，由于比较信号的电压下降到一个或多个阈值电压以下)并且如果在特定的加速度计内允许对误差进行补偿，则可以执行图8的处理。
在步骤802，可以基于例如比较信号的电压值来确定误差的严重程度。在一种实施例中，严重程度可以基于比较信号与多个阈值的比较(例如，在多个比较器处)，以便识别出多个误差状况之一。在一种实施例中，一个或多个误差状况可以与严重程度相关联，要么单独地，要么与其它可用信息(例如，补偿或加速度数据历史、同步的加速度数据等)一起考虑。一旦严重程度被确定，处理就可以继续进行到步骤804。
在步骤804，可以基于误差的严重程度来确定是否可以进行补偿。在一种实施例中，一个或多个误差状况或者严重级别可以与不同的误差响应相关联。如果误差状况或严重级别不允许补偿，则处理可以继续进行到步骤806，在该步骤806中可以提供通知并且加速度计可以停止操作(例如，可以去除加速度计的一些或全部构件的电压，可以不再提供感测驱动信号等)。然后，图8的处理可以结束。如果可以进行补偿，则处理可以继续进行到步骤808。
在步骤808，可以基于误差的严重程度来确定可以进行何种类型的补偿。尽管可以进行多种合适类型的补偿，但是在一种实施例中，补偿的类型可以包括对加速度计的输出数据的修改(例如，通过修改比例因子)或者对加速度计的操作参数的修改(例如，通过修改感测驱动信号或者将补偿信号提供给补偿电极)。不同的严重级别可以与不同的补偿类型相关联，并且在一些实施例中，与不同补偿类型的不同补偿技术相关联。在一些实施例中，在确定补偿类型时，可以考虑诸如历史补偿信息或加速度计数据或者当前加速度计数据之类的附加信息。如果补偿类型只需要对比例因子的修改，则处理可以继续进行到步骤810。如果补偿需要修改加速度计的操作参数，则处理可以继续进行到步骤812。
在步骤810，基于误差的严重程度，可以选择补偿缩放技术并且可以确定补偿的程度，并且在一些实施例中，可以基于诸如历史补偿信息或加速度计数据或者当前的加速度计数据之类的其它信息来进行。缩放可以按照多种方式来更新，例如，调整与硬件相关联的放大值或者调整软件中的比例因子。一旦完成了缩放修改，处理就可以继续进行到步骤814。
在步骤812，基于误差的严重程度，可以选择用于修改加速度计的操作参数的技术并且可以确定补偿的程度，并且在一些实施例中，可以基于诸如历史补偿信息或加速度计数据或者当前的加速度计数据之类的其它信息来进行。操作参数可以按照多种方式来修改，例如，通过修改感测驱动信号的特性或者在补偿电极处施加补偿信号。一旦完成了操作参数修改，处理就可以继续进行到步骤814。
在步骤814，可以测量对补偿的响应。在修改比例因子的实施例中，可以测量诸如受缩放影响的加速度输出值或其它信号值的变化之类的变化。在修改操作参数的实施例中，可以确定对感测驱动信号和/或辅助驱动信号的响应的变化。一旦在步骤814中测得了该响应，处理就可以继续进行到步骤816。
在步骤816，可以确定补偿是否已经成功。在一种示例性的实施例中，可以在步骤814处将所测得的响应值与基于该补偿的所期望的测得响应值进行比较。如果所测得的响应值与期望值对应(例如，在阈值窗内)，则处理可以返回至图7的步骤702。如果所测得的响应值不与期望值对应(例如，在阈值窗内)，则处理可以继续进行到步骤818，在该步骤818中可以提供通知(例如，补偿失败)并且加速度计可以停止操作(例如，可以去除加速度计的一些或全部构件的电压，可以不再提供感测驱动信号等)。然后，图8的处理可以结束。
以上的说明书包括根据本公开的示例性实施例。这些实例只是为了说明的目的而提供，而并非为了限制的目的。应当理解，本公开可以按照与本文明确描述和示出的那些形式不同的形式来实现，并且本领域技术人员可以实施与所附权利要求一致的各种修改、优化和改动。