[发明专利]微机电系统谐振传感器及其控制方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年6月7日提交的韩国专利申请第10-2013-0065508号的优先权，其全部内容针对所有目的引入本文以作参考。

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)谐振传感器和控制该MEMS谐振传感器的方法。

背景技术

谐振传感器通过检测因从外部施加物理量而改变的谐振特征，计算物理量输入的大小。谐振传感器由于其宽输入范围和通过数字接口的易连接性而通常被用作MEMS谐振传感器。

MEMS谐振传感器以质量体-弹簧-阻尼器为模型，并检测诸如通过从外部施加物理量而引起的质量体的振幅和谐振频率的变换系数的谐振特征。通过重复由以下三部分组成的谐振回路(resonant loop)使MEMS谐振传感器的质量体振动：通过从外部施加物理量使MEMS谐振传感器的质量体初始精确地振动；初始振动信号通过放大器放大并产生静电力；以及质量体根据静电力会具有一个较宽的振幅。

同时，由于质量体的处理误差或谐振回路的放大器误差，MEMS谐振传感器可导致弹簧常数误差或放大器增益误差。因此，出现诸如质量体的振幅不规律的问题。这个问题成为MEMS谐振传感器的响应误差，并且其导致电子电路的故障。

本发明的该背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明一般背景的理解，不应该被认为是承认或任何形式地暗示该信息构成本领域技术人员已经知晓的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面旨在提供MEMS谐振传感器和控制该传感器的方法，其具有稳定保持质量体振幅的优点。

在本发明的一方面，微机电系统(MEMS)谐振传感器可包括：MEMS单元，其产生与质量体的振动分量相应的输出信号，该质量体可在第一驱动电极与第二驱动电极之间振动；自动增益控制(AGC)单元，其通过自动控制MEMS单元的输出信号的增益来产生比较电压；以及偏置单元，其接收比较电压和参考电压并使用比较电压和参考电压来产生偏置电压，其中将正弦驱动电压施加到第一驱动电极和第二驱动电极，且将偏置电压施加到质量体。

MEMS谐振传感器还可包括通过使MEMS单元的输出信号放大来产生输入MEMS单元的输入信号的保持放大器。

偏置单元产生参考电压与比较电压的和或差作为偏置电压。

本发明的另一示例性实施方式提供使用可通过静电力在第一驱动电极与第二驱动电极之间振动的质量体控制MEMS谐振传感器的方法，包括：产生与质量体振动分量相应的输出信号，通过自动控制输出信号的增益来产生与输出信号相应的比较电压，通过使用参考电压和比较电压来调整施加到质量体的偏置电压的水平，以及通过将调整后的偏置电压施加到质量体来控制静电力。

产生与输出信号相应的比较电压的步骤可以包括将正弦驱动电压施加到第一驱动电极和第二驱动电极。通过自动控制输出信号的增益来产生与输出信号相应的比较电压的步骤可以包括产生参考电压与比较电压的和或差作为偏置电压。

本发明的又一实施方式提供控制MEMS谐振传感器的方法，包括：将正弦驱动电压施加到第一驱动电极和第二驱动电极；将偏置电压施加到质量体，该质量体通过静电力在第一驱动电极与第二驱动电极之间在第一方向上振动；产生与质量体的振动分量相应的输出信号；通过检测输出信号来计算在第二方向上从外部输入的物理量的大小，其中将偏置电压施加到质量体的步骤可以包括通过自动控制输出信号的增益来产生与输出信号相应的比较电压，通过使用参考电压和比较电压来调整施加到质量体的偏置电压的水平，以及通过将调整后的偏置电压施加到质量体来控制静电力。

通过自动控制输出信号的增益来产生与输出信号相应的比较电压的步骤可以包括产生参考电压与比较电压的和或差作为偏置电压。

根据本发明，可以在MEMS谐振传感器中稳定地保持质量体的振幅，并且可以通过减少MEMS谐振传感器的响应误差来防止电子电路的故障。

而且，可以显著降低在MEMS谐振传感器中振幅处于初始弱条件下的质量体的上升(rising time)时间。

本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些特征和优点根据一起用来解释本发明的某些原理的本文引入的附图和以下具体实施方式将更为明显或在附图和具体实施方式中更详细地阐述。

附图说明

图1是示意性示出根据本发明示例性实施方式的MEMS谐振传感器的框图。

图2是示意性示出根据本发明示例性实施方式的MEMS单元的框图。