专利名称：用于mems惯性传感器的接口的制作方法
技术领域：
背景技术：
微机电(MEMS)惯性传感器的众多应用需要高性能ASIC接口。现有的接口技术并非在各种方面都完全令人满意。举例来说，在其中存在驱动环路的反馈(例如，力反馈)系统中，需要激励信号来检测感测环路及驱动环路两者中的电容变化。所述激励信号应不影响(举例来说)施加到MEMS传感器的检测质量块(或若干检测质量块)的致动。然而，由于激励信号是施加到检测质量块且由于致动电容器与检测电容器共享相同检测质量块，因此激励信号会影响致动信号内容及动态范围。另一问题与可在一个通道的致动流与相同通道的检测路径或甚至不同通道之间发生的不合意耦合(例如，感测模式到感测模式耦合或感测模式到驱动模式耦合等)相关。此耦合可使信号失真且导致检测前端电路的性能的严重降级。在感测模式中此效应会增大，因为寄生电容与工艺不匹配的组合效应约为检测电容变化。已提出用以解决此耦合问题的数个解决方案。一些解决方案取决于致动与检测之间的频率分离(此仅在不同通道之间的耦合的情况中有效)；其它解决方案取决于估计耦合传递函数并在稍后的阶段中(在数字域信号处理中或以增加的复杂性为代价而在模拟域中)补偿此效应。其它提议已包含了降低致动信号电平(以减小的致动动态范围为代价)或用以补偿不匹配的人工修整。在其中存在驱动环路的反馈(例如，力反馈)系统中，感测信号可含有以驱动信号的频率进行AM调制的所要传感器输入信号。因此，为解调位流以取得原始信号，使用倍增器来对驱动信号及感测信号进行倍增以获得经解调输出信号。为使经解调信号具有最低可能DC分量，可需要SNS与DRV位流之间的准确相位调整。用以实现此相位调整的各种方法通常必然伴有功率及/或面积代价。因此，期望一种用于与MEMS惯性传感器介接的经改进接口。
发明内容
本专利发明描述一种用以与MEMS惯性传感器(例如振动MEMS陀螺仪及加速计)介接(包含在闭环配置中)的ASIC或其它电路。闭环配置在恶劣环境中提供最佳的性能。描述用以改进传感器接口性能的技术，包含允许扩展MEMS致动及检测信号的动态范围、消除MEMS模块中的电极之间的耦合并实现感测与驱动环路之间的精细相位调谐以实现经改进解调的技术。
结合附图，根据以下详细描述，可进一步理解本发明。图式中:图1是其中可使用本发明接口技术的电路(例如，ASIC)的架构框图。图2A是图1的ASIC的驱动环路的图示。图2B是图1的ASIC的感测环路的图示。图3是MEMS电模型连同感测环路及驱动环路的检测电路的图示。图4是样本致动频谱的信号曲线图，其展示高频分量。图5是图解说明致动及检测波形以及随之发生的有效致动力的波形图。图6是MEMS电模型的图示，其图解说明其中激励信号控制致动信号的形状的经修改致动技术。图7是图解说明根据图6的实施例的经修改致动及检测波形以及随之发生的有效致动力的波形图。图8是如同图7的波形图的波形图，其展示根据RZ (归零)选项的波形。图9是图解说明从致动路径到检测路径的非预期耦合的图示。图10是展示致动及激励信号连同添加的复位信号RST的波形图。图11是展示施加到检测电路C/V SNS及C/V DRV且施加到MEMS电极的复位信号RST的图示。图12是图解说明图7的经修改致动及检测波形组合图10的复位信号使用的波形图。图13是如同图12的波形图的波形图，其展示根据RZ (归零)选项的波形。图14是图1的电路的解调部分的框图。图15是展示图14的滤波器的量值及相位响应的曲线图。图16是针对图15的带通滤波器中的偏移一者的随滤波器中心频率而变的相移的曲线图。
具体实施例方式图1中展示示范性ASIC的系统架构。在功能上，可将此系统划分成若干主要块，如下:1-MEMS 传感器接 口电路(110、120、130):电路的此部分分别通过感测致动(SNS ACT)开关121及驱动致动(DRV ACT)开关111提供用于MEMS传感器的感测及驱动电极的致动电压。此外，块130 (PM EXC)提供驱动及感测环路两者中的电容感测电路所需的检测质量块激励电压。最终，感测电容/电压转换器123 (C/V SNS)及驱动电容/电压转换器113 (C/V DRV)执行对应环路中的电容/电压感测。2-MEMS传感器驱动(DRV)环路110:参考图2A，驱动环路110并入有实现MEMS传感器的驱动共振器119(包含机械元件，例如，悬挂质量块)的振荡条件所需的相移115A(DRV相位)以及用以控制机械元件的振荡振幅的自动增益控制115B (AGC)。在所图解说明的实施例中，ADC 117(举例来说，其可实施为带通Σ Δ调制器)将来自电路113的驱动环路C/V输出转换成MEMS传感器驱动振荡信号的单位读数。3-MEMS传感器感测(SNS)环路120:参考图2B，在所图解说明的实施例中，MEMS传感器包含感测共振器129(包含机械元件，例如，悬挂质量块)。待感测的输入信号(举例来说，运动)及感测致动开关121的反馈信号输出作用于感测共振器129上。如下文更充分地描述，在所图解说明的实施例中，向驱动共振器119及感测共振器129两者施加由块130 (图1)输出的激励信号EXC。感测环路120执行感测共振器129的机械元件的反馈(例如，力反馈)运动控制并提供数字输出读数。此通过针对感测模式使用机电Σ Λ调制器120’来实施闭环反馈(例如，力反馈)而实现。ASIC还可经配置以在开环模式中操作。在此情况中，断开感测环路(开关129，图1)且更改电子滤波器Hx(Z)系数，使得电子滤波器125作为Σ AADC而操作。4-数字处理核心(140，图1):数字处理核心140对驱动及感测环路(110、120)两者的Σ Δ调制器的输出进行十中抽一取样及滤波(141)，并执行最终感测信号解调操作(143)。另外，数字处理核心140执行MEMS传感器读数的温度补偿(145)并控制SPI接口 150。在一个方面中，数字处理核心140用作静电致动控制器。另外，数字处理核心140可输出用于减少致动信号的不合意耦合的复位信号、停用信号或断电信号，如下文所描述。5-功率管理(160，图1):此块向不同的电路块提供所有所需的偏置电流及供应电压。此外，其产生所需的高压致动参考信号。在所图解说明的实施例中，产生并缓冲(163、165)带隙参考电压Vref (161)以用于ADC (117、125)且用于MEMS传感器激励及致动(111、121、130)。功率管理块160还负责产生ROM 170的操作必需的电压。在所图解说明的实施例中，电荷泵180用于此目的。6-温度感测系统(185，图1):此块感测裸片温度并将其转换成数字读数。7-计时 PLL (190，图1)所述PLL产生系统的主时钟。ASIC 自计时在一个实施例中，使用ASIC自计时技术。此技术简化ASIC与不同MEMS传感器模块的介接。反馈(例如，力反馈)操作减小系统对MEMS传感器工艺变化的敏感性、增加带宽且允许在匹配模式中操作。因此，闭环配置可在恶劣环境中实现最佳的性能。并入MEMS传感器作为反馈(例如，力反馈)环路滤波器的一部分将系统转换成具有由机械滤波器表示的连续时间(CT)部分及由电子滤波器表示的离散时间(DT)部分的混合式机电Σ Δ调制器。机械滤波器的CT性质使Σ Δ调制器的性能对准确的反馈脉冲形状敏感。出于此原因，为使用力反馈实现最佳的性能，需要低抖动时钟。图1的ASIC使用PLL 190来产生系统时钟。可使用(举例来说，驱动共振器119的)MEMS传感器振荡的高Q共振来产生用于ASIC PLL 190的清洁参考时钟，从而在ASIC输出处导致低的噪声最低值。因此，ASIC PLL 190不需要外部晶体作为参考时钟，且ASIC变为自计时的。使用基于MEMS传感器的参考时钟允许使系统取样频率与机械驱动共振频率(例如，科里奥利(Coriolis)信号载波)之间的比率固定。因此，此布置实现与广泛的MEMS传感器模块的介接。更特定来说，ASIC中的自计时技术允许驱动环路110、感测环路120及DSP块140跟踪MEMS传感器的频率。因此，ASIC可与广泛的MEMS传感器频率介接。上文所描述的图2A的驱动环路结合PLL 190—起工作以实现自计时。由于ASIC为自计时的，因此通过PLL 190将ADC取样频率锁定到MEMS传感器共振频率，PLL 190控制ADC 117的取样频率。MEMS传感器感测环路可利用ASIC的低抖动自计时。在所图解说明的实施例中，上文所描述的图2B的MEMS传感器感测环路是基于连续时间Σ Δ调制而实施的，因为自计时ASIC的低抖动自计时实现CT反馈(例如，力反馈)操作的较佳SNR。作为一实例，通过使用开关电容器电子滤波器125来实施4阶机电Σ Δ调制器而实现所图解说明的感测环路。调制器架构可基于具有反馈分支的前馈拓扑以使环路稳定。由于使对连续时间Σ △操作的低抖动自计时影响最小化，因此在输出处出现的噪声最低值得以最小化。此外，ASIC可通过使用PLL 190中的可编程除法器而与一系列MEMS传感器模块介接。上文所描述的图1的数字处理核心140对驱动及感测环路(110、120)两者的Σ Δ调制器的输出进行滤波，并使用解调器143执行最终输出解调。使用可编程十中抽一取样滤波器141对解调输出进行十中抽一取样。以MEMS传感器共振频率为中心的两个带通滤波器(1405，图14)在对驱动及感测环路两者进行倍增以进行解调之前滤除其噪声以避免所关注频带中量化噪声的混合及降频转换。每一带通滤波器(1405)的极点及零点随着取样频率(取决于MEMS传感器模块)按比例缩放，且因此将随着MEMS传感器共振频率的变化正确地调谐中心频率。具有经改进动态范围的致动技术
在所图解说明的实施例中，向驱动共振器119及感测共振器129两者施加激励信号EXC(图1)且检测感测及驱动环路(120、110)两者中的电容变化需要所述激励信号。此激励信号应不减小致动信号(SNSACT、DRVACT)的有效性。举例来说，图3图解说明全差分MEMS传感器的情况，其展示电极的布置。在感测环路中，与感测共振器(129，图2B)相关联的可变电容布置成“ π ”配置。第一致动电容器Cal及第二致动电容器Ca2布置在π的臂中；感测电容器Csl及Cs2布置在π的腿中且耦合到感测C/V转换器123的输入。在π的臂之间施加激励信号EXC(还称为检测质量块电压Vpm)。类似配置适用于驱动共振器及驱动环路。由于在相应共振器的检测质量块上添加激励信号EXC且由于致动电容器(Ca)与检测电容器(Cs)共享相同检测质量块，因此激励信号会影响致动信号内容及动态范围。在以下静电致动技术中，使用激励信号(用于检测电容变化)来控制致动信号位流的值以允许使致动及检测路径两者的动态范围最大化且防止由于与激励信号的混合而使致动位流的高频分量折叠。在所图解说明的实施例中，可根据以下方程式来计算响应于激励信号而产生的静电致动力,其中将激励信号EXC表示为Vpm:
Fact α ((Vact+-Vpm)2- (Vact-Vpm)2) (I)K-Vl -2H-FJ)(2)注意，(2)中的第三项将导致致动动态范围的降级及由于与激励信号的混合而使致动信号的高阶分量折叠两者。图4展示样本致动流的所得高阶分量的实例。过去的系统通常已被设计为在PM信号电平(Vpni)与致动电压电平之间折衷，此在减小Vpm值的情况下将降低检测动态范围或在增加Vpm值的情况下将降低致动动态范围。图5展示一种致动与检测方案的波形。在此实例中，假定致动信号具有电压电平(Vrefl)，同时假定激励信号具有电压电平(Vref2)。如果Vrefl = VMf2，那么有效致动力动态范围等于零(正流与负流具有相同波形)。假定Vrefl = Vref且V,ef2 = Vref/2以作为致动与检测动态范围之间的折衷，那么会对致动及检测动态范围两者引入6dB的降级。为避免动态范围的此减损，可根据PM信号的当前值来控制致动信号的值，如图6中所展示。块600执行数字处理与参考产生且可对应于图1的块140及160。块600接收感测及驱动位流(SNS、DRV)。所述块还使用激励信号Vpm作为输入信号来调节致动信号。响应于所述感测及驱动位流并考虑到激励信号VPM，块600输出致动信号，举例来说，致动信号Vsact+/Vsact-及Vdact+/Vdact。符号Vact+、Vact-用于一般指代这四个致动信号。针对方波激励信号，可将致动信号位流与PM信号进行逻辑组合(例如，“异或”运算或“异或非”运算)。图7展示致动信号(Vact+、Vact-)、激励信号及所得静电力分量(以上方程式(I)中的第一及第二项)的波形。在图7中，将致动位流与信号PM(Vpm)进行“异或”运算以产生Vact+，同时将致动位流与PM信号进行“异或非”运算以产生Vact-。从图7可看出，未发生高频分量的折叠(即，致动信号内容保持完整无损)，且致动力及激励信号两者由参考电压的全动态范围表示。图8展示具有添加的归零(RZ)选项的致动及检测波形，所述选项可用于连续时间致动中来增强DAC的线性度。在一个方面中，可将块600视为用于对致动信号应用归零编码的电路(或构件)。通过根据激励信号的值来控制致动流，可实现以下优点:-允许AC方波激励-使激励对于致动来说为透明的-消除信号折叠-使可用致动动态范围最大化-使可用检测动态范围最大化-允许较小的供应电压致动信号耦合消除在反馈(例如,力反馈)系统中,在致动电极上施加致动流以在检测质量块上产生某一移动。(此反馈可在正反馈环路或负反馈环路中)。理想地，致动电压将根据机械元件的响应特性而影响机械元件。由于工艺不匹配及寄生电 容，致动位流可直接耦合到检测电路，如图9中所展示。非预期耦合路径Ccopl及Ccop2分别从Vact+信号耦合到Csl及Cs2信号。类似地，非预期耦合路径Ccoml及Ccom2分别从Vact-信号耦合到Csl及Cs2信号。此耦合可在一个通道的致动流与相同通道的检测路径或甚至不同的通道之间发生(例如，SNS模式到SNS模式耦合或SNS模式到DRV模式耦合)。明显地，这些耦合路径可使信号失真且导致检测前端电路的性能的严重降级。在SNS模式中此效应会增大，因为寄生电容/工艺不匹配约为检测电容变化(例如，图9的CsU Cs2)。可通过在如图11中所展示的致动信号转变期间(举例来说)使用如图10中所展示的复位信号RST执行检测电路及MEMS检测电极中的至少一者且优选地两者的停用/复位来克服此耦合的效应。更一般来说，可使用控制信号对选定电路元件进行复位、停用或断电。在图11的实施例中，向C/V SNS检测电路123且向C/V DRV检测电路113施加复位信号RST。另外，在MEMS传感器的感测电极与MEMS传感器的驱动电极之间提供模拟开关SWs及SWd。使用复位信号RST来控制开关SWs及SWd，从而致使其在复位信号被断言时闭合。对检测电路(113、123)及MEMS电极进行复位消除致动信号的寄生耦合路径的效应。为允许在存在复位脉冲RST的情况下检测激励信号边缘，可引入激励信号与致动信号边缘之间的时间不匹配(tmismatc;h，图12)。此外，可将前述耦合消除技术与先前所描述的动态范围改进技术一起使用。图12中展示所得波形。图13展示样本时序图，其中:1)添加致动与检测信号之间的时序不匹配；2)施加具有RZ的“异或”致动，如先前所描述 '及3)在用于“异或”致动的致动信号边缘周围添加用于检测电极及电路的复位/停用脉冲RST。使用前述技术来消除反馈(例如，力反馈)系统中的致动与检测之间的寄生路径的效应，可实现以下优点:-允许ΣΛ致动信号-去除致动信号与不同检测通道之间的耦合-使可用致动动态范围最大化-避免对降低致动信号以降低经耦合信号的需要-使可用检测动态范围最大化-允许针对检测信号完全分配检测动态范围-去除对复杂修整的需要-去除对模拟或数字域中的复杂信号处理的需要具有感测与驱动环路之间的精细相位调谐的解调参考图14及图2Β，SNS环路输出(out，图2Β)处的SNS Σ Δ位流1401含有以DRV信号频率进行AM调制的输入信号(input signal，图2B)。因此，为解调位流以取得原始信号，使用倍增器1403对DRV及SNS信号(1401、1402)进行倍增以获得如图14中所展示的信号解调输出。可在倍增之前使用两个带通滤波器(BPF) 1405s及1405d去除Σ Λ噪声。为了使经解调信号具有最低可能DC分量，可施加SNS与DRV位流(1401、1402)之间的相位调整(1407，图14)。可通过向SNS位流1401或DRV位流1402添加延迟来实现此相位调整。在一个实施例中，可使用可编程移位寄存器来实施相位调整1407-即，可使信号延迟操作时钟周期的倍数。然而，如果系统时钟周期相对较大，那么此技术可仅添加粗略的相移。举例来说，如果MEMS传感器共振处于3kHz且系统时钟频率为400kHz，那么可使用此移位寄
存器添加的最小相移为:Phase =_如0__
YlkHz如果所需的相移为约87°，那么移位寄存器长度应大于32个位。为了在相位调整中取得精细调谐，可增加时钟频率；然而，此增加系统的功率消耗及关于时序的设计复杂性。此外，由于为取得所需的相移而在移位寄存器中添加寄存器，面积会增加。举例来说，如
η 7β
果所需的相位分辨率为那么时钟频率应增加到4倍。另外，如果所需的相移为约87°，
4
那么移位寄存器长度应大于128个位，此为在先前情况中移位寄存器的长度的四倍。为了在不招致显著的功率或面积代价的情况下获得准确的相位调整，BPF1405 (其已用于去除SD噪声)可经配置以通过在BPF的中心频率中弓丨入某一偏移而实现精细相位调谐。可保持移位寄存器1407以用于粗略调谐。作为一实例，图15中展示可在图1的ASIC中使用的滤波器的传递函数。在所图解说明的实施例中，两个滤波器为相同的，均具有以MEMS传感器共振为中心的200Hz带宽。因此，由相应滤波器向SNS及DRV信号添加的相位为完全相同的相位。为在相位调整中添加精细调谐，可使两个滤波器的中心频率彼此相差极小的差。如图15中所展示，滤波器的相位响应在中心频率下极锐利。因此，使驱动(或感测)滤波器的中心略微移位可添加所需的相移。举例来说，略微改变滤波器中的一者的中心频率可意味着，其中的一者可以3kHz为中心，而另一者以3.0lkHz为中心。因此，两个滤波器关于量值近似一致，而两个滤波器的相移将不同以便产生所需值的净相移。
如图16中所展示，如果滤波器的中心频率相差10Hz，那么两个滤波器之间的相移为约0.04弧度( 2.7° )。在所图解说明的实施例中，2.7°为需要由滤波器添加的最大相移，因为可通过粗略调谐(举例来说，使用如所描述的移位寄存器)直接添加以2.7°为增量的相移。因此，在所图解说明的实施例中，作为大致估计，两个滤波器的中心频率可相差小于IOHz以取得小于2.V的精细相移。在一些实施例中，中心频率可为固定的。在其它实施例中，中心频率可为可调整的。使用前述技术实现反馈(例如，力反馈)系统中的感测与驱动路径之间的精细相位调整，可实现以下优点:-允许获得具有低DC分量的经解调输出-避免由其它方法强加的功率及面积代价在附录I及附录II中阐述本发明的额外方面。所属领域的技术人员将明了，可以其它特定形式来体现本发明，此并不背离本发明的精神或本质特征。因此，前述描述应被视为说明性而非限制性。本发明的范围由所附权利要求而非前述描述界定，且本发明中既定包含归属于其等效内容的范围内的所有改变。附录I1、一种用于与MEMS传感器介接的集成电路，其包括:静电致动控制器，其经配置以产生致动信号及激励信号且接收感测信息信号；及感测电容/电压转换器，其响应于来自所述MEMS传感器的信号而用于产生感测信号;
其中所述静电致动控制器经配置以在所述致动信号的至少一些信号转变期间向所述感测电容/电压转换器施加控制信号以致使其被复位、停用或断电。2、根据方面I所述的设备，其包括:驱动电容/电压转换器，其响应于来自所述MEMS传感器的信号而用于产生驱动信号；及解调器，其耦合到所述驱动信号及所述感测信号以用于解调由所述感测信号携载的感测信息以产生所述感测信息信号。3、根据方面I所述的设备，其中所述静电致动控制器经配置以用于对所述激励信号及所述致动信号进行定时使得所述致动信号的转变的发生比所述激励信号的转变略早时间tmismatch。4、根据方面I所述的设备，其中所述静电致动控制器经配置以用于对所述激励信号及所述控制信号进行定时以便致使所述激励信号响应于所述控制信号转变为非作用状态而转变。5、一种与包括悬挂质量块的MEMS传感器介接的方法，所述方法包括:响应于由所述MEMS传感器输出的感测信号，感测由所述质量块的运动导致的电容变化；产生待施加到所述MEMS传感器以用于致使对所述质量块施加影响的致动信号及待施加到所述MEMS传感器的至少一个感测电容器的激励信号 '及在所述致动信号的至少一些信号转变期间，响应于控制信号而对所述感测进行复位、停用或断电。6、根据方面5所述的方法，其包括对所述激励信号及所述致动信号进行定时使得所述致动信号的转变的发生比所述激励信号的转变略早时间tmismatc;h。7、根据方面5所述的方法，其包括对所述激励信号及所述控制信号进行定时以便致使所述激励信号响应于所述控制信号转变为非作用状态而转变。8、根据方面5所述的方法，其包括对所述激励信号及另一信号应用逻辑运算以获得所述致动信号。9、根据方面8所述的方法，其中所述逻辑运算为“异或”及“异或非”运算中的一者。10、根据方面9所述的方法，其包括对所述致动信号应用归零编码。11、根据方面5所述的方法，其中使用电容/电压转换器来执行感测电容变化，包括响应于所述控制信号而对所述电容/电压转换器进行复位。12、根据方面11所述的方法，其包括响应于所述控制信号而将所述感测信号设定为已知值。13、根据方面5所述的方法，其包括响应于所述控制信号而将所述感测信号设定为已知值。14、根据方面13所述的方法，其中使用电容/电压转换器来执行所述感测电容变化，包括响应于所述控制信号而对所述电容/电压转换器进行复位。15、根据方面13所述的方法，其中所述感测信号为包括正信号及负信号的差分信号，所述方法包括将所述正信号与所述负信号设定为相等。
16、一种用于与包括悬挂质量块的MEMS传感器介接的集成电路,所述集成电路包括:感测电路，其响应于由所述MEMS传感器输出的感测信号而用于感测由所述质量块的运动导致的电容变化；控制电路，其用于向所述MEMS传感器施加用以致使对所述质量块施加影响的致动信号及待施加到所述MEMS传感器的至少一个感测电容器的激励信号；及用于在所述致动信号的至少一些信号转变期间向所述感测电路施加控制信号以对所述感测电路进行复位、停用或断电的电路。17、根据方面16所述的设备，其中所述控制电路经配置以用于对所述激励信号及所述致动信号进行定时使得所述致动信号的转变的发生比所述激励信号的转变略早时间
mismatch018、根据方面16所述的设备，其中所述控制电路及所述复位电路经配置以用于对所述激励信号及所述控制信号进行定时以便致使所述激励信号响应于所述控制信号转变为非作用状态而转变。19、根据方面16所述的设备，其包括用于对所述激励信号及另一信号应用逻辑运算以获得所述致动信号的电路。20、根据方面19所述的设备，其中所述逻辑运算为“异或”及“异或非”运算中的
一者O21、根据方面20所述的设备，其包括用于对所述致动信号应用归零编码的电路。22、根据方面16所述的设备，其中所述感测电路包括电容/电压转换器，其中响应于所述控制信号而对所述电容/电压转换器进行复位。23、根据方面22所述的设备，其中所述感测电路包括用于响应于所述控制信号而将所述感测信号设定为已知值的构件。24、根据方面16所述的设备，其中所述感测电路包括用于响应于所述控制信号而将所述感测信号设定为已知值的构件。25、根据方面24所述的设备，其中所述感测电路包括电容/电压转换器，其中响应于所述控制信号而对所述电容/电压转换器进行复位。26、根据方面24所述的设备，其中所述感测信号为包括正信号及负信号的差分信号，其中所述用于设定的构件经配置以将所述正信号与所述负信号设定为相等。27、根据方面26所述的设备，其中所述用于设定的构件包括模拟开关。附录II1、一种用于与MEMS传感器介接的集成电路，其包括:静电致动控制器，其经配置以产生致动信号及激励信号且接收感测信息信号；驱动电容/电压转换器，其响应于来自所述MEMS传感器的信号而产生驱动信号；及感测电容/电压转换器，其响应于来自所述MEMS传感器的信号而用于产生感测信号；解调器，其耦合到所述驱动信号及所述感测信号以用于解调由所述感测信号携载的感测信息以产生所述感测信息信号；及时间对准电路，其耦合所述驱动信号及所述感测信号中的至少一者以用于在倍增之前通过在所述驱动信号与所述感测信号之间形成相对延迟来执行所述驱动信号及所述感测信号的时间对准，所述时间对准电路包括:精细时间延迟电路，其包括经配置以在所述驱动信号与所述感测信号之间形成精细时间延迟的至少一个滤波器。2、根据方面I所述的设备，其进一步包括耦合到所述驱动信号及所述感测信号中的一者的粗略时间延迟电路。3、根据方面2所述的设备，其中所述粗略时间延迟电路包括可编程移位寄存器。4、一种处理包含驱动信号及感测信号的MEMS传感器信号以用于检测由MEMS传感器的质量块的运动导致的电容变化的方法，所述方法包括:对所述驱动信号及所述感测信号进行倍增；及在倍增之前，通过在所述驱动信号与所述感测信号之间形成相对延迟执行所述驱动信号及所述感测信号的时间对准，其中形成相对延迟包括:执行所述驱动信号及所述感测信号中的至少一者的滤波以便在所述驱动信号与所述感测信号之间形成精细时间延迟。5、根据方面4所述的方法，其进一步包括在所述驱动信号与所述感测信号之间形成粗略时间延迟。6、根据方面5所述的方法，其中使用可编程移位寄存器来执行形成所述粗略时间延迟。7、根据方面4所述的方法，其中形成所述精细时间延迟包括:使用第一滤波器对所述驱动信号进行滤波；及使用第二滤波器对所述感测信号进行滤波；其中所述第一滤波器及所述第二滤波器具有不同时间延迟。8、根据方面7所述的方法，其中所述第一滤波器及所述第二滤波器具有不同中心频率。9、根据方面8所述的方法，其中所述第一滤波器及所述第二滤波器为带通滤波器。10、一种用于处理包含驱动信号及感测信号的MEMS传感器信号以用于检测由MEMS传感器的质量块的运动导致的电容变化的集成电路，所述方法包括:用于对所述驱动信号及所述感测信号进行倍增的电路；及耦合到所述驱动信号及所述感测信号中的至少一者以用于在倍增之前通过在所述驱动信号与所述感测信号之间形成相对延迟执行所述驱动信号及所述感测信号的时间对准的电路，所述用于执行时间对准的电路包括:精细时间延迟电路，其包括经配置以在所述驱动信号与所述感测信号之间形成精细时间延迟的至少一个滤波器。11、根据方面10所述的设备，其中所述用于执行时间对准的电路进一步包括粗略时间延迟电路。12、根据方面11所述的设备，其中所述粗略时间延迟电路包括可编程移位寄存器。13、根据方面10所述的设备，其中所述精细时间延迟电路包括:第一滤波器，其用于对所述驱动信号进行滤波；及
第二滤波器，其用于对所述感测信号进行滤波；其中所述第一滤波器及所述第二滤波器经配置以具有不同时间延迟。14、根据方面13所述的设备，其中所述第一滤波器及所述第二滤波器具有不同中
心频率。15、根据方面14所述的设备，其中所述第一滤波器及所述第二滤波器为带通滤波器。
权利要求
1.一种用于与MEMS传感器介接的集成电路，其包括: 静电致动控制器，其经配置以产生致动信号及激励信号且接收感测信息信号；及感测电容/电压转换器，其响应于来自所述MEMS传感器的信号而用于产生感测信号；其中所述静电致动控制器经配置以对所述激励信号及另一信号应用逻辑运算以获得所述致动信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括: 驱动电容/电压转换器，其响应于来自所述MEMS传感器的信号而用于产生驱动信号；及 解调器，其耦合到所述驱动信 号及所述感测信号以用于解调由所述感测信号携载的感测信息以产生所述感测信息信号。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述逻辑运算为“异或”及“异或非”运算中的一者。
4.根据权利要求3所述的设备，其包括用于对所述致动信号应用归零编码的构件。
5.一种与包括悬挂质量块的MEMS传感器介接的方法，所述方法包括: 产生待施加到所述MEMS传感器以用于检测由所述质量块的运动导致的电容变化的激励信号 '及 对所述激励信号及另一信号应用逻辑运算以获得用于致使对所述质量块施加影响的致动信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其包括向所述MEMS传感器施加所述致动信号。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述逻辑运算为“异或”及“异或非”运算中的一者。
8.根据权利要求7所述的方法，其包括对所述致动信号应用归零编码。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述致动信号为差分信号。
10.根据权利要求7所述的方法，其包括: 响应于由所述MEMS传感器输出的感测信号，感测由所述质量块的运动导致的电容变化；及 在所述致动信号的至少一些信号转变期间，响应于复位信号而停用所述感测。
11.一种用于与包括悬挂质量块的MEMS传感器介接的集成电路，所述集成电路包括: 用于向所述MEMS传感器施加用于检测由所述质量块的运动导致的电容变化的激励信号的电路；及 用于对所述激励信号及另一信号应用逻辑运算以获得用于致使对所述质量块施加力的致动信号的电路。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述逻辑运算为“异或”及“异或非”运算中的一者O
13.根据权利要求12所述的设备，其包括用于对所述致动信号应用归零编码的电路。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述致动信号为差分信号。
15.根据权利要求12所述的设备，其包括: 感测电路，其响应于由所述MEMS传感器输出的感测信号而用于感测由所述质量块的运动导致的电容变化；及用于在所述致动信号的至少一些信号转变期间向所述感测电路施加改变信号以对所述感测电路进行复 位、停用或断电的电路。
全文摘要
本发明描述一种用于微机电MEMS惯性传感器的高性能接口电路。根据一个方面，使用激励信号(用于检测电容变化)来控制致动信号位流的值以允许使致动及检测路径两者的动态范围最大化且防止由于与所述激励信号混合而使所述致动位流的高频分量折叠。在另一方面中，可通过在致动信号转变期间执行检测电路及MEMS检测电极中的至少一者且优选地两者的停用/复位来克服致动信号与检测信号之间的耦合效应。在又一方面中，为使经解调信号具有低DC分量，施加感测及驱动位流的相位调整。
文档编号H01L29/84GK103119723SQ201180044198
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者艾曼·埃尔萨伊德, 艾哈迈德·埃尔马拉哈, 艾哈迈德·叶利舍纳威, 艾哈迈德·沙班, 布特罗斯·乔治, 穆斯塔法·埃尔马拉, 艾曼·伊斯梅尔, 穆斯塔法·萨克尔, 艾哈迈德·穆赫塔尔 申请人:硅制品系统有限公司