半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置和方法
2023-05-30 20:12:46 1
半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置和方法
【專利摘要】公開了一種半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置和方法，所述裝置包括：檢測接口，用於連接待檢測傳感器，向處理器傳輸所述待檢測傳感器測量獲得的待檢測測量值；參考傳感器，用於根據外部物理量輸出參考測量值；處理器，分別與所述檢測接口和參考傳感器連接，根據至少兩個待檢測測量值計算第一噪聲，根據至少兩個參考測量值計算第二噪聲，並計算第一噪聲和第二噪聲的差作為輸出噪聲。由此，可獲得由於生產工藝造成的輸出噪聲。由此，可以避免由於其他因素對輸出噪聲測量構成的負面影響。
【專利說明】半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測試【技術領域】，具體涉及半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置和方法。
【背景技術】
[0002]微機電系統(MEMS)是一種數字和模擬混合的系統,理想條件下，由於半導體加工工藝本身的特點，基於微機電系統的半導體傳感器不可避免的具有輸出噪聲。通過檢測半導體傳感器的輸出噪聲可以獲知加工過程的品質優劣程度，因此，對於半導體傳感器的輸出噪聲檢測是生產測試中進行品質控制的可選途徑。
[0003]但是，半導體傳感器的輸出噪聲並非僅由其加工的精密程度決定，檢測由於生產工藝造成的輸出噪聲存在困難。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，提供一種半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置和方法，使得由於生產工藝導致的輸出噪聲可以被精確測量，避免由於其他因素對輸出噪聲測量構成的負面影響。
[0005]第一方面，提供一種半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置，包括:
[0006]檢測接口，用於連接待檢測傳感器，向處理器傳輸所述待檢測傳感器測量獲得的待檢測測量值；
[0007]參考傳感器，與所述待檢測傳感器類型相同，用於根據外部物理量輸出參考測量值；
[0008]處理器，分別與所述檢測接口和所述參考傳感器連接，根據至少兩個待檢測測量值計算第一噪聲，根據至少兩個參考測量值計算第二噪聲，並計算第一噪聲和第二噪聲的差作為輸出噪聲。
[0009]優選地，所述參考傳感器的精度高於或等於所述待檢測傳感器的精度。
[0010]優選地，所述第一噪聲為所述至少兩個待檢測測量值的方差，所述第二噪聲為所述至少兩個參考測量值的方差。
[0011]優選地，所述輸出噪聲檢測裝置還包括:
[0012]低噪聲電源，分別連接到所述檢測接口、所述參考傳感器和所述處理器，用於對所述待檢測傳感器、所述參考傳感器和所述處理器提供低噪聲的供電電壓。
[0013]優選地,所述低噪聲電源包括:
[0014]電壓輸入接口，用於輸入電源電壓；
[0015]輸出可調線性穩壓器，與所述電壓輸入接口連接，用於將所述電源電壓轉換為可調電壓；
[0016]第一線性穩壓器，與所述輸出可調線性穩壓器連接，用於將所述可調電壓轉換為第一供電電壓輸出到所述檢測接口和所述參考傳感器；
[0017]第二線性穩壓器，與所述電壓輸入接口連接，用於將所述電源電壓轉換為第二供電電壓輸出到所述處理器。
[0018]優選地，所述待檢測傳感器和所述參考傳感器為MEMS傳感器。
[0019]第二方面，提供一種半導體傳感器輸出噪聲檢測方法，包括:
[0020]分別獲取待檢測傳感器測量獲得的至少兩個待檢測測量值和參考傳感器測量獲得的至少兩個參考測量值，所述待檢測測量值和所述參考測量值為將外部物理量同時施加於待檢測傳感器和參考傳感器測量獲得，所述參考傳感器與所述待檢測傳感器類型相同；
[0021]根據所述至少兩個待檢測測量值計算第一噪聲，根據所述至少兩個參考測量值計算第二噪聲；
[0022]計算所述第一噪聲和所述第二噪聲的差值作為所述待檢測傳感器的輸出噪聲。
[0023]優選地，所述參考傳感器的精度高於或等於所述待檢測傳感器的精度。
[0024]優選地，所述第一噪聲為所述至少兩個待檢測測量值的方差，所述第二噪聲為所述至少兩個參考測量值的方差。
[0025]優選地，所述方法還包括:
[0026]利用低噪聲供電電壓對所述待檢測傳感器和所述參考傳感器供電。
[0027]通過設置參考傳感器，通過測量參考傳感器的輸出噪聲獲取由於環境因素和系統因素造成的噪聲，從測量獲得的待檢測傳感器的噪聲中減去參考傳感器的輸出噪聲，即可獲得由於生產工藝造成的輸出噪聲。由此，可以避免由於其他因素對輸出噪聲測量構成的負面影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其他目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中:
[0029]圖1是本發明實施例的半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置的示意圖；
[0030]圖2是本發明實施例的低噪聲電源的示意圖；
[0031]圖3是本發明實施例的半導體傳感器輸出噪聲檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]以下將參照附圖更詳細地描述本發明的各種實施例。在各個附圖中，相同的元件採用相同或類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪製。
[0033]圖1是本發明實施例的半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置的示意圖。如圖1所示，半導體傳感器輸出檢測裝置I包括檢測接口 11、參考傳感器12和處理器13。
[0034]檢測接口 11用於連接待檢測傳感器2，向處理器13傳輸待檢測傳感器2測量獲得的待檢測測量值。
[0035]在本實施例中，將待檢測傳感器2連接到半導體傳感器輸出檢測裝置I後檢測輸出的測量值稱為待檢測測量值，待檢測測量值將作為輸出噪聲檢測的基礎。
[0036]參考傳感器12用於根據外部物理量輸出參考測量值。
[0037]在本實施例中，參考傳感器12是與待檢測傳感器2類型相同的傳感器，兩者可以對相同的外部物理量，例如速度、加速度、磁力等等進行測量。也就是說，參考傳感器12和待測量傳感器2可以是速度傳感器、加速度傳感器、磁力傳感器等各種類型的傳感器。
[0038]同時，從工藝角度來說，參考傳感器12和待檢測傳感器2可以均為MEMS傳感器。
[0039]參考傳感器12的作用在於其自身具有較低的輸出噪聲(也即，由生產工藝造成的噪聲)，由此，可以對由外部環境造成的噪聲進行較為精確的測量。也即，為了使得參考傳感器12對於環境噪聲測量得更加精確，其具有高於或等於待檢測傳感器2的精度。
[0040]處理器13分別與檢測接口 11和參考傳感器12連接，根據至少兩個待檢測測量值計算第一噪聲，根據至少兩個參考測量值計算第二噪聲，並計算第一噪聲和第二噪聲的差作為輸出噪聲。
[0041]優選地，處理器13可以通過I2C總線接口與檢測接口 11以及參考傳感器12連接。
[0042]在實際的測試過程中，通過單獨測試待檢測傳感器2得到的噪聲參量一部分是由於其自身生產工藝原因造成的，還有一部分是由於外部環境造成的。具體而言，在單獨測試過程中獲得的待檢測傳感器2的輸出噪聲必然與傳感器的供電電壓噪聲有關，同時還會與測試平臺的噪聲有關。例如，在測試中，加速度傳感器以及陀螺儀的輸出噪聲與測試平臺的振動噪聲相關，而磁力計的輸出噪聲則與測試平臺所處的磁場波動噪聲相關。
[0043]在外部環境帶來的噪聲較大時，會使得整個測試結果失效。
[0044]本實施例的半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置通過設置一個具有低輸出噪聲(高精度)的參考傳感器來對外部環境造成的噪聲進行測量，通過處理器13基於待測試傳感器2的多個待檢測測量值計算第一噪聲，基於參考傳感器12的多個參考測量值計算第二噪聲，其中，第二噪聲的主要部分為外部環境導致的噪聲，而第一噪聲一部分為傳感器的生產過程或生產工藝導致的輸出噪聲，一部分為外部環境導致的噪聲，由此，計算第一噪聲和第二噪聲的差即可獲得待檢測傳感器2的實際輸出噪聲(由生產過程或生產工藝造成的噪聲)，其可以較好地反應待檢測傳感器的品質。
[0045]在一個優選實施方式中，所述第一噪聲為至少兩個待檢測測量值的方差，所述第二噪聲為至少兩個參考測量值的方差。在利用方差進行計算時，各測量值為針對一相同外部物理量進行多次測量獲得。方差是各個數據與平均數之差的平方的和的平均數，用字母D表示。方差可以用來度量隨機變量和其數學期望(即均值)之間的偏離程度。
[0046]當然，本領域技術人員容易理解，獲取的檢測值數量越多，計算獲得的方差值越接近實際噪聲值。
[0047]同時，由於參考傳感器12優選具有較高的精度，其與待檢測傳感器在測試中對外部物理量進行同時檢測，兩者的環境噪聲完全相同，因此可以較好地測量外部環境導致的噪聲，獲得更加精確的實際輸出噪聲。
[0048]為了進一步減小誤差，還可以利用低噪聲電源14來減小由於供電電壓導致的噪聲。低噪聲電源14分別連接到檢測接口 11、參考傳感器12和處理器13，用於對待檢測傳感器2、參考傳感器12和處理器13提供低噪聲供電電壓。在本實施例中，低噪聲供電電壓是指電壓波動小、電壓毛刺噪聲小的供電電壓。
[0049]具體地，如圖2所示，低噪聲電源包括電壓輸入接口 14a、輸出可調線性穩壓器14b、第一線性穩壓器14c和第二線性穩壓器14d。
[0050]其中，電壓輸入接口 14a用於輸入電源電壓Vin,其優選為5v直流電壓。
[0051 ] 輸出可調線性穩壓器14b與電壓輸入接口 14a連接，用於將電源電壓Vin轉換為可調電壓，其可以根據實際情況調節大小。優選地，通常將電源電壓Vin轉換為4v直流電壓。
[0052]第一線性穩壓器14c與輸出可調線性穩壓器14b的輸出端連接，用於將可調電壓轉換為第一供電電壓vl輸出到檢測接口 11和參考傳感器12。待檢測傳感器2在連接到檢測接口 11後，即可通過檢測接口 11獲得第一供電電壓進行工作。由於第一供電電壓vl是經由兩級線性穩壓器轉換獲得，供電電壓噪聲被最小化。同時，由於第一供電電壓vl同時輸出為待檢測傳感器2和參考傳感器12供電，即使出現噪聲，也可以在基於參考傳感器12的參考測量值獲得的第二噪聲中體現，進而從第一噪聲中去除。
[0053]第二線性穩壓器14d與電壓輸入接口 14a連接，用於將電源電壓轉換為第二供電電壓v2輸出到處理器13。
[0054]優選地，第一供電電壓vl和第二供電電壓v2通常均可以為3.3V。
[0055]本實施例通過設置參考傳感器，通過測量參考傳感器的輸出噪聲獲取由於環境因素和系統因素造成的噪聲，從測量獲得的待檢測傳感器的噪聲中減去參考傳感器的輸出噪聲，即可獲得由於生產工藝造成的輸出噪聲。由此，可以避免由於其他因素對輸出噪聲測量構成的負面影響。
[0056]圖3是本發明實施例的半導體傳感器輸出噪聲檢測方法的流程圖。如圖3所示，所述方法包括:
[0057]步驟310、分別獲取待檢測傳感器測量獲得的至少兩個待檢測測量值和參考傳感器測量獲得的至少兩個參考測量值。
[0058]其中，待檢測測量值和參考測量值為將外部物理量同時施加於待檢測傳感器和參考傳感器測量獲得。
[0059]在本實施例中，參考傳感器是與待檢測傳感器類型相同的傳感器，兩者可以對相同的外部物理量，例如速度、加速度、磁力等等進行測量。也就是說，參考傳感器和待測量傳感器可以是速度傳感器、加速度傳感器、磁力傳感器等各種類型的傳感器。
[0060]同時，從工藝角度來說，參考傳感器和待檢測傳感器可以均為MEMS傳感器。
[0061]參考傳感器的作用在於其自身具有較低的輸出噪聲(也即，由生產工藝造成的噪聲)，由此，可以對由外部環境造成的噪聲進行較為精確的測量。也即，為了使得參考傳感器對於環境噪聲測量的更加精確，其具有高於或等於待檢測傳感器的精度。
[0062]步驟320、根據所述至少兩個待檢測測量值計算第一噪聲，根據所述至少兩個參考測量值計算第二噪聲。
[0063]步驟330、計算所述第一噪聲和所述第二噪聲的差值作為所述待檢測傳感器的輸出噪聲。
[0064]在實際的測試過程中，通過單獨測試待檢測傳感器得到的噪聲參量一部分是由於其自身生產工藝原因造成的，還有一部分是由於外部環境造成的。具體而言，在單獨測試過程中獲得的待檢測傳感器的輸出噪聲必然與傳感器的供電電壓噪聲有關，同時還會與測試平臺的噪聲有關。例如，在測試中，加速度傳感器以及陀螺儀的輸出噪聲與測試平臺的振動噪聲相關，而磁力計的輸出噪聲會與測試平臺所處的磁場波動噪聲相關。
[0065]本實施例通過設置一個具有低輸出噪聲的參考傳感器來對外部環境造成的噪聲進行測量，通過處理器基於待測試傳感器的多個待檢測測量值計算第一噪聲，基於參考傳感器的多個參考測量值計算第二噪聲，其中，第二噪聲的主要部分為外部環境導致的噪聲，而第一噪聲一部分為傳感器的生產過程或生產工藝導致的輸出噪聲，一部分為外部環境導致的噪聲，由此，計算第一噪聲和第二噪聲的差即可獲得待檢測傳感器的實際輸出噪聲(由生產過程或生產工藝造成的噪聲)，其可以較好地反應待檢測傳感器的品質。
[0066]在一個優選實施方式中，所述第一噪聲為至少兩個待檢測測量值的方差，所述第二噪聲為至少兩個參考測量值的方差。在利用方差進行計算時，各測量值為針對一相同外部物理量進行多次測量獲得。方差是各個數據與平均數之差的平方的和的平均數，用字母D表示。方差可以用來度量隨機變量和其數學期望(即均值)之間的偏離程度。
[0067]當然，本領域技術人員容易理解，獲取的檢測值數量越多，計算獲得的方差值越接近實際噪聲值。
[0068]由於供電電壓噪聲也可能對於待檢測傳感器的輸出噪聲構成影響，因此，還可以進一步利用低噪聲供電電壓對所述待檢測傳感器和所述參考傳感器供電。
[0069]本實施例通過設置參考傳感器，通過測量參考傳感器的輸出噪聲獲取由於環境因素和系統因素造成的噪聲，從測量獲得的待檢測傳感器的噪聲中減去參考傳感器的輸出噪聲，即可獲得由於生產工藝造成的輸出噪聲。由此，可以避免由於其他因素對輸出噪聲測量構成的負面影響。
[0070]依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬【技術領域】技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置，包括: 檢測接口，用於連接待檢測傳感器，向處理器傳輸所述待檢測傳感器測量獲得的待檢測測量值； 參考傳感器，與待檢測傳感器類型相同，用於根據外部物理量輸出參考測量值； 處理器，分別與所述檢測接口和所述參考傳感器連接，根據至少兩個待檢測測量值計算第一噪聲，根據至少兩個參考測量值計算第二噪聲，並計算第一噪聲和第二噪聲的差作為輸出噪聲。
2.根據權利要求1所述的半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置，其特徵在於，所述參考傳感器的精度高於或等於所述待檢測傳感器的精度。
3.根據權利要求1所述的半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置，其特徵在於，所述第一噪聲為所述至少兩個待檢測測量值的方差，所述第二噪聲為所述至少兩個參考測量值的方差。
4.根據權利要求1所述的半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置，其特徵在於，所述輸出噪聲檢測裝置還包括: 低噪聲電源，分別連接到所述檢測接口、所述參考傳感器和所述處理器，用於對所述待檢測傳感器、所述參考傳感器和所述處理器提供低噪聲的供電電壓。
5.根據權利要求4所述的半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置，其特徵在於，所述低噪聲電源包括: 電壓輸入接口，用於輸入電源電壓； 輸出可調線性穩壓器，與所述電壓輸入接口連接，用於將所述電源電壓轉換為可調電壓； 第一線性穩壓器，與所述輸出可調線性穩壓器連接，用於將所述可調電壓轉換為第一供電電壓輸出到所述檢測接口和所述參考傳感器； 第二線性穩壓器，與所述電壓輸入接口連接，用於將所述電源電壓轉換為第二供電電壓輸出到所述處理器。
6.根據權利要求1所述的半導體傳感器輸出噪聲檢測裝置，其特徵在於，所述待檢測傳感器和所述參考傳感器為MEMS傳感器。
7.一種半導體傳感器輸出噪聲檢測方法，包括: 分別獲取待檢測傳感器測量獲得的至少兩個待檢測測量值和參考傳感器測量獲得的至少兩個參考測量值，所述待檢測測量值和所述參考測量值為將外部物理量同時施加於待檢測傳感器和參考傳感器測量獲得，所述參考傳感器與所述待檢測傳感器類型相同； 根據所述至少兩個待檢測測量值計算第一噪聲，根據所述至少兩個參考測量值計算第二噪聲； 計算所述第一噪聲和所述第二噪聲的差值作為所述待檢測傳感器的輸出噪聲。
8.根據權利要求7所述的半導體傳感器輸出噪聲檢測方法，其特徵在於，所述參考傳感器的精度高於或等於所述待檢測傳感器的精度。
9.根據權利要求7所述的半導體傳感器輸出噪聲檢測方法，其特徵在於，所述第一噪聲為所述至少兩個待檢測測量值的方差，所述第二噪聲為所述至少兩個參考測量值的方差。
10.根據權利要求7所述的半導體傳感器輸出噪聲檢測方法，其特徵在於，所述方法還包括: 利用低噪聲供電電壓對所述待檢測傳感器和所述參考傳感器供電。
【文檔編號】G01R29/26GK104181404SQ201410457591
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】蔣登峰, 張波, 魏建中 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司