、13a，分别夹置一支质量块11指状突出lla、llb。当然，这种交错配置的形式，只是本发明一种较佳实例。在微型磁力计，乃至于微型加速度计的技术领域中，早已发展出各种质量块指状电极与侦测方指状电极的配置方式，各有其优缺点。均可应用在本发明。再者，该质量块与该位移侦测电极也未必须要使用指状或梳状电极。凡是可以用来侦测该质量块任一方向移动及其移动量的侦测方式，都可应用在本发明。该质量块11与位移侦测电极12、13的形状，结构并非本发明的重点，且属习知技术的范畴，其技术细节即不须在此多加赘述。
[0037]该质量块11与位移侦测电极12、13须具备电导体，以供侦测质量块11在磁力影响下的位移与位移方向。通常而言，使用任何微机电技术制作的含导体质量块与位移侦测电极，都可应用在本发明。不过，在本发明的较佳实例中，该该质量块11与位移侦测电极12、13是使用标准CMOS制程制作。在这种实例中，该质量块11与位移侦测电极12、13均会包括一层或多层金属层，以及包覆该金属层或界接两金属层的介电层。另外，该质量块11的悬浮结构与该弹簧16、17、18、19、电极14a与14b等的制作，都可以应用标准的CMOS制程完成制作。详细技术也不须在此赘述。
[0038]电流供应器在本实施例中为该振动驱动电路30，通过该电极14a与14b连接该质量块11。以对该质量块11供应一第二方向Y的电流Idrive (jco)。该第二方向Y是指在该质量块11所在平面上，与该第一方向X直交的方向。
[0039]该转换器电路20连接该侦测器结构体10的输出V-与V+，亦即该位移侦测电极12、13的输出，用于将该位移侦测电极12、13输出的侦测信号，转变成电压信号并放大，输出放大后的侦测信号Vout，提供后级计算电路(图未标示)计算该侦测器结构体10所侦测到的磁场磁力值。该放大后的输出信号Vout即为本发明共振型磁力计的侦测结果。根据洛兰兹力原理，该输出信号Vout与该质量块11在Z方向所受的磁力成正比。
[0040]该转换器电路20的放大器22可包括一滤波器，用于滤出该电容电压转换器21的输出信号中，代表该质量块在罗伦兹力影响下的位移量及位移方向的成分。该滤波器22可为一低通滤波器，其截止频率大于结构共振频5.3kHz且小于取样频率500kHz。
[0041 ] 该振动驱动电路30为本发明的重点之一。振动驱动电路30连接该转换器电路20的输出Vout，将该输出信号以电流型态提供予该侦测器结构体10内的质量块11，用于驱动该质量块11产生振动。该振动驱动电路30并提供放大功能，以放大该转换器电路20的输出信号。
[0042]在本发明的较佳实例中，该振动驱动电路30包括一比较器电路，其一输入为该转换器电路20的输出Vout,另一输入为一参考电位Vref,输出该转换器电路20输出信号Vout与该参考电位Vref的比较结果,作为共振驱动信号Vdrive,以电流Idrive的形式,通过该质量块11的电极14a与14b提供给该质量块11。该振动驱动电路30的输出连接该侦测器结构体10上的驱动信号输入Vdrive/Idrive，用于驱动该侦测器结构体10内的质量块
11,产生振动。该振动的频率即为该质量块11的共振频率。经过短暂时间后，即可使该质量块11以其共振频率，稳定的振动。
[0043]该共振型磁力计另可包括一时钟信号产生器15，连接至该侦测器10，用于提供取样所需的频率信号Vm。
[0044]根据本领域技术的原理，当对该质量块11供给第二方向Y (Y方向或负Y方向)的电流时，若该质量块11所受磁力方向为向图面接近的方向(负Z方向)，受到罗伦兹力的牵弓丨，该质量块11及会发生向第一方向(负X方向或X方向)的位移。如果该交流电流的频率与该质量块11的共振频率相同，则该质量块11将会产生同于其共振频率的振动。
[0045]虽不欲为任何理论所拘束，然而经本发明人发现，在上述电路架构下，该侦测器结构体10输出的侦测信号，转换成电流后，可用于驱动该质量块振动。该质量块11起振后，振动频率即会达到该质量块11的共振频率。该频率信号与一参考电位Vref比较后的结果，所输出的信号振幅会随着时间经过而放大，达到稳定。该质量块11即可在其共振频率下以稳定的振幅振动。
[0046]在本发明的较佳实例中，该参考电位Vref为接地电位。但该参考电位可以根据应用上的需求，做适当的设定。在该参考电位Vref为接地电位的情况下，只要该比较器30的输出不是O电位，该输出将以电流形式驱动该质量块11起振。其振动频率即为共振频率。而在本发明的电路设计下，该比较器30的输出信号会逐渐放大，直到达到稳定为止。图3即显示对图1的电路中输出Vout (上图)与Vdrive (下图)的进行瞬时模拟分析结果。在图3的模拟分析中，该参考电位Vref设为接地电位。该瞬时仿真分析结果显示约在开始振动后250ms范围内的结果，显示系统在短暂的初始阶段后，振动即达到稳定。其中，114mV的振幅与Vout的频率，与仿真条件即输入磁场10 μ T与共振频率5.3kHz相符。虽然该回馈驱动信号Vdrive为方波型态,但侦测器的电容变化为正弦波信号。该微型侦测器为一高Q值的共振器，可提供窄频段带通滤波器的功能。
[0047]图4为图3的放大图。图中显示该质量块11在该比较器30的输出不是O电位时，即可发振。其振幅随时间增大，但频率则为该质量块11的共振频率。图5为图3的另一放大图。图中显示在输入磁力于Ims内由10 μ T改变成70 μ T，并维持3ms后，变回10 μ T的过程中所测得的波形变化。此时，Vout发生良好的响应，但Vdrive的频率并无变化。证明本发明共振型磁力计确能用来驱动质量块起振，并将其振动频率锁定在其共振频率。该共振型磁力计并能立即响应所受磁力变化，并呈现正确的测量结果。
[0048]综上所述，本发明提供一种不须外接振荡器的共振型磁力计。该磁力计在发振之后可以将质量块的振动频率锁定在其共振频率，并不需使用一外接振荡器。确属一种新颖结构的共振型磁力计。
【主权项】
1.一种共振型磁力计，包括: 一侦测器结构体，具有一质量块，悬浮于该侦测器结构体；两组位移侦测电极，配置在该侦测器结构体上，该质量块所在平面上的第一方向X两侧； 一转换器电路，连接该侦测器结构体的位移侦测电极，用于将由该位移侦测电极所输出的侦测结果，转变成电压信号 '及 一振动驱动电路，连接该转换器电路的输出，以将该输出以电流型态提供给该侦测器结构体内的质量块，作为振动驱动信号，用于驱动该质量块产生振动； 其中，该振动驱动电路提供的电流以一第二方向Y流经该质量块； 该第二方向Y为在该质量块所在平面上，与该第一方向X直交的方向。2.如权利要求1所述的共振型磁力计，其特征在于:该振动驱动电路包括一比较器电路，其输入为该放大器的输出，以及一参考电位，用于输出该放大器输出信号与该参考电位的比较结果，作为该质量块的振动驱动信号。3.如权利要求2所述的共振型磁力计，其特征在于:该参考电位为接地电位。4.如权利要求1、2或3所述的共振型磁力计，其特征在于:该侦测器结构体的质量块是以弹簧悬吊在该侦测器结构体上，该弹簧悬吊之处形成两电极；该振动驱动电路通过该电极对该质量块供应该第二方向Y的电流。5.如权利要求1、2或3所述的共振型磁力计，其特征在于:该质量块两侧伸出若干指状突出，该位移侦测电极在相对于该指状突的一侧，也各延伸出若干指状突出，且该位移侦测电极的指状突出分别与对应的质量块的指状突出沿该Y方向交错配置。6.如权利要求1、2或3所述的共振型磁力计，其特征在于:该质量块与位移侦测电极均包括一层或多层金属层，以及包覆该金属层或界接两金属层的介电层。7.如权利要求1、2或3所述的共振型磁力计，其特征在于:该转换器电路还包括一放大器，用于将该电压信号放大。8.如权利要求7所述的共振型磁力计，其特征在于:该放大器包括一滤波器，用于滤出该位移侦测电极侦测信号中，代表磁场强度的成分。9.如权利要求8所述的共振型磁力计，其特征在于:滤波器包括一低通滤波器。
【专利摘要】本发明公开一种共振型磁力计，包括侦测器结构体，具有质量块及位移侦测电极；电容电压转换器及放大器，用于将侦测电极侦测结果，转变成电压信号，作为该磁力计的输出信号；及一振动驱动电路，将该输出信号以电流型态提供给该质量块，用于驱动该质量块产生振动。该振动驱动电路可为比较器。
【IPC分类】G01R33/24
【公开号】CN105445681
【申请号】CN201410513564
【发明人】温瓌岸, 张家夆
【申请人】硕英股份有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年9月29日