[发明专利]晶圆级单支点电容式加速度计性能参数在线评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对晶圆级的单支点电容式加速度计的性能参数进行在线评估和调试的方法。

背景技术

针对单支点电容式加速度计的性能参数在线评估，晶圆级的测试对该类型的加速度计的性能参数检测以及评估具有重要意义，是进行工程化批量生产的重要组成部分。目前国内外已有器件级的性能参数调试方法，但并非针对晶圆级。申请号为WO00/55652，名称为《Calibration of sensors》的专利申请公开了对多轴向传感器各个敏感轴灵敏度的校准，将校准参数存储在EEPROM中，但该方法未实现增益以及温度等特性的在线调整。国内一篇名为《ACCELEROMETER AND METHOD FOR ERROR COMPENSATION》的文献中描述的是通过非易失性存储器实现对三轴加速度计的错误补偿，实现了偏置的补偿和温度补偿，但没有实现对增益的可编程功能。

上述的加速度计的在线校准和评估方法，首先都未能实现增益特性的在线校准和设置；其次都是针对器件级的评估，未实现对MEMS晶圆级的测试评估；再次传统的晶圆级性能参数调试和评估方法在设计时就必须将参数固定，其手段较为机械，未能实现在线进行调试，不具备较强的灵活性。因此。发明一种高可靠性、通用性较强、灵活性较高的性能参数在线评估方法显得十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线实现对晶圆级单支点电容式加速度计进行谐振频率、机械带宽、偏置、灵敏度等关键参数的调试和在线评估的方法，其在MEMS传感器晶圆级测试的过程中，具有重要的指导和评估作用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种晶圆级单支点电容式加速度计性能参数在线评估方法，用于对晶圆级的单支点电容式加速度计的性能参数进行在线评估和调试，其包括

电荷放大单元，所述的电荷放大单元通过探针卡与所述的单支点电容式加速度计相连接，所述的电荷放大单元将所述的单支点电容式加速度计输出的电容信号转换为电荷信号；

检波电路单元，所述的检波电路单元与所述的电荷放大单元的输出端相连接，所述的检波电路单元对所述的电荷放大单元所输出的电荷信号进行调制解调；

低通滤波单元，所述的低通滤波单元与所述的电荷放大单元的输出端相连接，所述的低通滤波单元将经过调制解调的电荷信号进一步放大并滤除载波信号，输出直流信号，所述的低通滤波单元的输出即为开环输出；

PID控制单元，所述的PID控制单元与所述的低通滤波单元的输出端相连接，所述的PID控制单元将开环输出的信号进行PID控制；

求和放大单元，所述的求和放大单元与所述的PID控制单元的输出端相连接，所述的求和放大单元对所述的PID控制单元的输出信号进行求和放大，所述的求和放大单元的输出即为闭环输出并与低频频谱分析仪相连接；

正反向两路放大器，所述的正反向两路放大器的输入端与所述的求和放大单元的输出端相连接，所述的正反向两路放大器的两个输出端分别与所述的单支点电容式加速度计的支点两侧的极板相连接。

所述的单支点电容式加速度计的灵敏度=所述的闭环输出信号/输入的加速度量，其中，所述的输入的加速度量指由所述的单支点电容式加速度计所得到的加速度的量值。

在所述的晶圆级单支点电容式加速度计性能参数在线评估方法的闭环输出端加入正弦波信号，所述的正弦波信号经所述的正反向两路放大器后输出两路幅度相同、相位相反的正弦波信号并加载到所述的单支点电容式加速度计的支点两侧的两个极板上；将所述的正弦波信号的频率由低到高进行扫描并观测所述的闭环输出信号，直至所述的闭环输出信号的幅度衰减至-3db时所述的正弦波信号所对应的频率即为所述的单支点电容式加速度计的机械带宽。

加入所述的晶圆级单支点电容式加速度计性能参数在线评估方法的闭环输出端的正弦波信号的峰值为1V，初始频率为10Hz，偏置为2.5V，且所述的正弦波信号的频率由10Hz至3000Hz进行扫描。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、该晶圆级在线评估方法快捷便利，只要通过变动电路中的可变电容和可变电阻即可实现对谐振频率、机械带宽、偏置、灵敏度等关键性能参数的调节和评估；

2、该在线评估方法采用开环或闭环的双路控制，通过电路上的设置以选择所采用的输出方式，使得电路的可靠性得到提高，可根据用户需求快速、有效的对各项关键参数进行测试与评估，提高了整个评估测试系统的实用性和批量化生产的便捷性；