[发明专利]基于三相电容的感测

说明书

背景技术

采用电容微机电系统(MEMS)感测位置和加速度可能由于顺从部件(compliant components)的不必要的运动以及这样的部件的有限的运动范围的原因而缺乏灵敏度和精确度。此外，传感器的动态范围(即，最大信号与最小信号的比值)可能受到用于将电容变化转换成位置或加速度的方法的限制。

附图说明

参考下述附图本发明的很多方面能够得到更透彻的理解。附图中的部件未必是按比例绘制的，相反，附图的重点在于清晰地表现出本发明的原理。此外，在附图中，各个图采用类似的附图标记表示对应部分。

图1是根据本发明实施例的传感器的示意图；

图2是根据本发明实施例的图1所示的传感器中所采用的电极阵列的图示；

图3是根据本发明实施例的图1所示的传感器中的对应电极之间的电气耦合的示意图；

图4是示出了根据本发明实施例的图1所示的传感器中的第一和第二电极阵列之间的交叉电容的等效电路的示意图；

图5是根据本发明实施例的被具体化为生成解调输出电压的图1所示的传感器的示意图；

图6和图7是根据本发明的实施例的图5所示的解调输出电压中的变化的图解表示；

图8是根据本发明的实施例的包括用于以解调输出电压为基础的反馈的控制器的图5所示的传感器的示意图；

图9示出了根据本发明实施例的图8所示的控制器的示范性实施例的操作；

图10是根据本发明实施例的图8所示的传感器的示范性实施例的示意图；

图11示出了根据本发明实施例的图9所示的控制器所采用的示范性32位位置字；以及

图12是示出了根据本发明的实施例的用于确定图8所示的传感器的第二电极阵列相对于第一电极阵列的位移的方法的流程图。

具体实施方式

参考图1，其示出了根据本发明实施例的传感器100。例如，可以采用传感器100检测加速度，将对此予以说明。传感器100包括三个层或“晶圆”。具体而言，传感器100包括电子装置晶圆103、检测质量(proof mass)晶圆106和帽盖晶圆109。CMOS电子装置113位于电子装置晶圆100中，CMOS电子装置113可以电气耦合至检测质量晶圆106和帽盖晶圆109中的各种电气部件。而且，CMOS电子装置113可以提供用于耦合至传感器100外的电子部件的输出端子，这一点是可以意识到的。对于某些应用而言，CMOS电子装置113内产生的热可能是无法接受的，在这种情况下所述CMOS电子装置可以位于分离但接近的电子装置管芯等内。

检测质量晶圆106包括机械耦合到检测质量块119的支座116。尽管示出了传感器100的截面图，但是根据一个实施例，作为检测质量晶圆106的部分的支座116仍然围绕所述检测质量块119。因此，在一个实施例中，电子装置晶圆103、支座116和帽盖晶圆109形成了使检测质量块119悬置于其内的腔室。

根据本发明的各实施例，电子装置晶圆103、支座116和帽盖晶圆109一起提供了支撑结构，检测质量块119通过顺从耦合附着至所述支撑结构。就此而言顺从耦合可以包括高展弦比的挠曲悬置元件123。所述高展弦比挠曲悬置元件123可以是在(例如)2005年4月19日授权的发明名称为“Moveable Micro-Electromechanical Device”的美国专利No.6882019中讨论的元件。

传感器100还包括设置在检测质量块119上的第一电极阵列126。在一个实施例中，第一电极阵列126位于检测质量块119的与电子装置晶圆103的上表面相对的表面上。检测质量块119的在其上设置了第一电极阵列126的表面是基本平坦的表面，这一点是可以意识到的。

第二电极阵列129设置在电子装置晶圆103的朝向与设置在检测质量块119上的第一电极阵列126相反的表面上。由于检测质量块126悬置于电子装置晶圆103之上的方式的原因，在第一电极阵列126和第二电极阵列129之间形成了基本均匀的缝隙133。缝隙133的尺寸由距离d表示。例如，距离d可以包括1到3微米之间的任何值，或者其可以是任何其他的被认为适当的距离。

检测质量块119以使得第一电极阵列126和第二电极阵列129基本落在相互平行的平面内的方式悬置于电子装置晶圆103之上，使得缝隙133沿着第一和第二电极阵列126和139之间的整个重叠区域都是基本均匀的。或者，如果认为适当，可以将电极阵列126、129放置到电子装置晶圆103或检测质量块119的其他表面或结构上。