[发明专利]一种带有电容测量电路的微机电系统设备驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容测量电路，尤其是一种微机电系统(MEMS)设备的电容测量电路。

背景技术

该背景说明是用于大致叙述本发明公开的背景。针对该背景部分描述的技术程度以及本发明的说明书中的内容在本发明申请日前也未被授权成为在先技术，故相对现有公开本发明的发明人的所做的工作既没有明确地也没有隐含地被视为在先技术。

如图1所示，微机电系统（MEMS）设备10可以用于调整相机14中透镜阵列12的焦距。比如，透镜阵列12通常包括固定透镜22和24以及一个设置在其间的可移动透镜26。可移动透镜26的位置可以由电压源Vs的输出电压调整。

用于调整MEMS设备10的电压通常是线性的，并受到生产误差所影响。这样，对应预设的透镜位置的电压值在不同的相机中可能会有所不同。在相机生产完成后通常采用电容测量来表征微机电设备10的反应。此类测量通常使用复杂的电子测量设备以及其它外部组件。

如图2所示，在发货前厂家可以利用准确的测量来消除一些生产误差的影响，但另外一些误差的影响却不可能被消除。比如，电压和位移之间的关系会被重力所影响（其随方向而变化）。这样，电压和位移之间的对应关系依赖于相机是向上、向下还是水平放置。电压与位移之间的关系也会根据温度和磁滞现象而变化。所有这些误差会局限微机电设备10在自动对焦领域中的应用。

光学测量系统可以用于测量位移。然而，光学测量系统通常难以整合在便携相机中。一些传统的电容测量设备施加AC电压信号于设备的一个电极上并使用一个已知阻值的电阻检测第二个电极上的电压（或者电流信号）。这样设备的电容信息就可以通过振幅比Vrms得以确定。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提出一种微机电系统设备的驱动和电容测量电路。

本发明采用的技术方案可以描述为：

本发明所提出的一种驱动和电容测量电路包络电压源、电流源和电容测量电路，其中在驱动模式下所述电压源有选择性地在一个第一节点上产生一个输出电压以改变一个连接到所述第一节点并带有可变电容量的设备的电容量。在测量模式下所述电流源有选择地在第一节点上提供充放电流（charging and discharging current）中的一个。在测量模式下，所述电容计算电路在第一节点上采集电压值，确定第一节点电压的变化率并在电压变化率和充放电流中的一个的数值基础上计算设备的电容值。

另外，在测量模式中所述电压源不在第一节点上提供输出电压；在驱动模式下所述电流源不在第一节点上提供充放电电流。

进一步，所述电容计算电路包括一连接电压源和电流源的控制器。第一电容一端连接到第一节点上，另一端连接到积分放大器。第一比较器比较积分放大器的输出电压和第一阈值电平。所述控制器接收第一比较器的输出信号。

进一步，所述控制器在一个时间段内有选择地重置所述积分放大器，此时间段从测量模式启动时开始，并经历一个由设备的串联电阻和所述驱动和电容测量电路的输入电容量所定义的时间常数后结束。所述电容计算电路还包括第二比较器，用于比较积分放大器的输出信号和第二电压阈值，所述第二电压阈值与所述第一电压阈值不同。所述控制器接收第二比较器的输出信号并测定对应于第一比较器和第二比较器的输出信号的电压变化率。

进一步，电容计算电路还包括一个电压阈值生成电路，阈值其在电容测量模式中的第一时间点上输出第一电压阈值。所述电压阈值生成电路还在电容测量模式中的第二时间点上输出一个与前述第一电压阈值不同的第二电压阈值。控制器接收第一比较器的输出信号后测定其中电压的变化率。

进一步，本发明中的设备还含有一个微机电系统设备。所述微机电系统设备调整透镜阵列中的一个透镜的位置。

进一步，设备的电容量随着输出电压的不同而变化。测量模式的持续时间小于设备的机械时间常数。

进一步，所述电压源在第一电压范围内改变输出电压值。其中充放电流中的一个调整输出电压的幅度小于第一电压范围的2%。

本发明还提出了一种驱动和测量设备的电容的方法，其包括在驱动模式下在第一个节点产生一个输出电压以改变设备的电容量，但在测量模式下并不在此第一个节点上输出电压；在测试模式下在所述第一个节点上输出充放电流中的一个，但在驱动模式下并不在此第一个节点上输出此充放电流中的一个；在测试模式下测定在第一个节点上的电压的变化率，并在电压变化率和此充放电流中的一个的数值基础上计算可变电容的电容量。