使用差分電容型傳感器的檢測電路的製作方法

2023-06-11 13:48:26

專利名稱:使用差分電容型傳感器的檢測電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用差分電容型(differential capacitive)傳感器的檢測電路，在傳感接口中具有輸入共模(input-comon-mode)控制，尤其是全差分開關電容(fully differential switched-capacitor)類型的傳感接口，下面的描述將以此作為參考，而不意味著喪失任何的通用性。
背景技術：
過去的幾年中見證了檢測電路的廣泛使用，在應用中使用差分電容型傳感器(例如慣性傳感器、加速度計、壓力或力傳感器)以面對低電源電壓和低功率消耗，例如諸如在電池供電的可攜式設備(個人數字助理(PDA)、數字音頻播放器、無線電話、數字可攜式攝錄一體機以及類似設備)中。如已知的，電容型差分傳感器的操作基於電容型不平衡，這作為被測量(加速度、壓力、受力等)的函數出現。尤其是以半導體材料微型製造技術獲得的微電機系統(MEMS)傳感器使用廣泛。根據已知的方式，這些傳感器包括固定的部分(「固定片(stator)」)和可移動主體(用術語「動片(rotor)」表示)，兩者通常由經過適當摻雜的半導體材料製成並通過彈性元件(彈簧)相連接和約束，因此，動片相對於固定片具有預定的平移和/或轉動自由度。固定片具有多個固定臂，動片具有多個移動臂，所述臂彼此相對從而形成電容器對，其電容值作為臂的相對位置的函數而變化，即作為動片相對於固定片的相對位置的函數。從而，當傳感器受到待測量影響時，動片發生移動並且電容器對出現電容型不平衡(capacitive unbalancing)，從中可以確定所需量。根據結構類型以及固定片和動片間相對移動的類型，可以提供線性或轉動類型的MEMS傳感器，其具有不同的間隙(即，移動臂和相應固定臂之間的距離)和/或具有不同的相對程度(即，移動臂和相應固定臂之間相互面對的面積的變化)。
僅僅作為例子，圖1a示例性地圖示了線性MEMS類型的差分電容型傳感器1。無論如何應當理解為，下面的說明適用於具有不同配置的MEMS傳感器。詳細地，差分電容型傳感器1包括固定片，其中只圖示了其第一固定臂2a和第二固定臂2b；以及動片，其由移動主體3和固定到移動主體3的移動臂4組成。每個移動臂4設置於相應的第一固定臂2a和第二固定臂2b之間。移動主體3通過彈簧5懸掛於錨定元件6，並且可沿軸x移動，該軸x組成了差分電容型傳感器1的優選檢測軸。第一固定臂2a和第二固定臂2b分別電連接到第一固定片接線端7a和第二固定片接線端7b，同時移動臂4電連接到動片接線端8。
如圖1b所示，差分電容型傳感器1具有等效電路，其包括第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b，其具有平面的、平行的表面，以「半橋」結構排列，即串聯在第一固定片接線端7a和第二固定片接線端7b之間，並共同具有動片接線端8。第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b的電容值是可變的，且為移動臂4和固定臂2a、2b之間距離的函數，從而構成了動片相對於固定片位移的函數。尤其是，第一傳感電容器9a與形成於第一固定臂2a和移動臂4之間的電容並聯，同時第二傳感電容器9b與形成於第二固定臂2b和移動臂4之間的電容並聯。當差分電容型傳感器1沿軸x受到加速時，移動主體3沿該軸移動，從而第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b產生電容變化，所述變化絕對值相等並且符號彼此相反。尤其是，給定第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b以相同靜態傳感電容值Cs(假定差分電容型傳感器1在靜態時是對稱的)，由於不平衡，假定第一傳感電容器9a的電容值等於Cs1＝Cs+ΔCs，而第二傳感電容器9b的電容值等於Cs2＝Cs-ΔCs。
如已知的，在前述的檢測電路中，適當的傳感電路連接到差分電容型傳感器，且通常包括電荷積分接口級(或者電荷放大器，作為電荷到電壓的轉換器)和級聯到接口級的合適的放大級、濾波級和噪聲消除級。傳感電路將讀取脈衝(具有幾伏特範圍的電壓)施加於動片接線端，讀取作為結果的電容型不平衡ΔCs，並從所述的電容型不平衡中生成與待測量相關的輸出電信號。在具有低電源電壓和低功耗的應用中，傳感電路在解析度和熱、長期(老化)穩定性方面所需的性能是特別苛刻的，並且要求發展讀取技術，其儘可能地不受誤差例如噪聲(熱噪聲和低頻噪聲)的和偏置的影響。由於這個原因，例如參見M.Lemkin和B.E.Boser在IEEE Journal of SolidState Circuits，Vol.34，No.4，April 1999，pp.456468上的文章「A ThreeAxis Micromachined Accelerometerwith a CMOS PositionSense Interface and Digital OffeetTrim Electronics」(「具有CMOS位置傳感接口和數字式偏置調整電路的三軸微機械加工加速度計」)，並將其全文引入這裡，近期提出了使用開關電容類型(工作於離散時間)的全差分傳感電路，其使在低電源電壓下工作成為可能並且本質上滿足了當前功耗縮減的需要。尤其是，連接到全差分傳感電路的差分傳感器在檢測電路中的使用使許多優勢的獲得成為可能，其中包括增加對來自電源(和/或集成技術情況下來自襯底)的噪聲的抑制；誤差的減小，例如電荷注入或者所謂的「時鐘饋通(clock feedthrough)」(後者本質上是由於開關的使用)；以及輸出信號動態範圍以兩倍的因數增長。然而，與全差分電路的使用相連的問題關係到需要消除或者至少限制由於在其輸入端的共模信號的影響。尤其是，施加到動片接線端(選擇使其在適合於設計需要的情況下儘可能地寬，為了增大在傳感級輸出端的信噪比)的讀取脈衝在接口級電荷積分器的輸入端產生共模信號。所述的共模信號由共模電荷量(即在電荷積分器兩個輸入端相同的電荷量)引起，該共模電荷量由第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b在施加讀取脈衝之後注入。為了減小其產生的讀取誤差，共模信號必須被消除，尤其是取決於電荷積分器輸入端的寄生電容(尤其是「襯墊(pad)」電容和襯底電容)失配的增益誤差和偏置誤差。為了解決這個問題，在前述的文章中提出實施有源類型的輸入共模控制電路，其使用了反饋迴路(所謂的ICMFB輸入共模反饋)。
現在參考圖2來簡要地描述上面的解決方案，其顯示的檢測電路包括全差分開關電容型的接口電路10，接口電路10連接到差分電容傳感器1，根據前面所做的描述示意性地表示，第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b具有靜態傳感電容值Cs並且具有第一接線端和第二接線端，第一接線端連接在一起且連接到動片接線端8、第二接線端分別連接到第一固定片接線端7a和第二固定片接線端7b。接口電路10在輸入端連接到第一固定片接線端7a和第二固定片7b，並且包括電荷積分器12和實現ICMFB有源電路作為輸入共模控制的反饋級14。寄生電容示意性地表現為第一寄生電容器15和第二寄生電容器16，分別連接在第一固定片接線端7a、第二固定片接線端7b和參考電勢線18(特別是與信號地一致)之間，並且具有寄生電容Cp。
詳細地，在電荷積分器構造(其實現輸入電荷到輸出電壓的轉換)中，電荷積分器12包括傳感運算放大器20，其具有連接到第一固定片接線端7a的倒相輸入端和連接到第二固定片接線端7b的同相輸入端以及兩個輸出端，在兩個輸出端之間存在輸出電壓Vo。電荷積分器12進一步包括第一積分電容器22和第二積分電容器23，它們具有相同的積分電容Ci，前者連接在倒相輸入端和一個輸出端之間，後者連接在傳感運算放大器20的同相輸入端和另一個輸出端之間。
反饋級14包括放大器電路25和第一反饋電容器26、第二反饋電容器27，兩者具有相同的反饋電容Cfb。放大器電路25的結構和操作在上面引用的文章中進行了詳細描述，放大器電路25是開關電容電路，具有輸出端25a、第一差分輸入端25b和第二差分輸入端25c以及參考輸入端25d，第一差分輸入端25b和第二差分輸入端25c分別連接到傳感運算放大器20的倒相輸入端和同相輸入端，參考輸入端25d連接到參考電勢線18。第一反饋電容器26和第二反饋電容器27具有第一接線端和第二接線端，第一接線端彼此連接並且連接到放大器電路25的輸出端25a，第二接線端分別連接到第一固定片接線端7a和第二固定片接線端7b。在使用中，放大器電路25檢測第一差分輸入端25b和第二差分輸入端25c之間的電壓，確定其平均數值，並在輸出端25a生成與所述平均數值和參考電勢線18的參考電壓之間差值成比例的反饋電壓Vfb。
通過在動片接線端8(和移動主體3)提供階躍讀取信號Vr(其電壓變化數值例如等於接口電路10的電源電壓，或者等於所述電源電壓的幾分之一)，可以獲得差分電容型傳感器1的讀數。電容積分器12對第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b提供的(即由兩個電容器的電容型不平衡ΔCs造成的)電荷差分量求積分，並且從而生成輸出電壓Vo。尤其是，輸出電壓Vo符合下面的比例關係VoVrCsCi]]>其中如先前提到的，ΔCs是差分電容型傳感器1的電容型不平衡，即第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b的相等且反相的電容變化，其由於移動主體4相對於固定片的位移而產生。通過反饋電壓Vfb，反饋級14使第一固定片接線端7a和第二固定片接線端7b相對於參考電壓保持常數共模電壓。此外，因為傳感運算放大器20保持其輸入端間電壓基本為零，所以第一固定片接線端7a和第二固定片7b實際上是虛地點。這樣，寄生電容器15、16對傳感電路的影響被消除，以至於它們保持在常數電壓並且從而不吸收電荷。
然而，即使反饋級14是有利的以至於可能消除共模問題，設計必須考慮低電源電壓和低功率消耗的需要。尤其是，放大器電路25的輸出動態範圍必須一定小於接口電路10的電源電壓；例如，它必須等於所述電源電壓的三分之一。在防讀取信號Vr的電壓變化等於電源電壓的情況下，反饋電容器26、27的反饋電容Cfb必須大於差分電容型傳感器1的靜態傳感電容Cs；例如，它必須等於所述數值的三倍。然而如所引用文章中描述的，在傳感運算放大器20輸入端由於噪聲造成的電壓波動引起積分電容器22、23中電荷的流動，所述電荷來自傳感電容器9a、9b和寄生電容器15、16，這致使以等於下式的因數放大噪聲Vo2Vop2=(1+Cs+Cp+CfbCi)2]]>其中Vop是等效輸入噪聲發生器的數值。從而由所述關係顯而易見，由電荷積分器12輸出的噪聲當反饋電容Cfb數值增加時以二次方形式增加。從而，為了降低輸出噪聲(或者等效為在給定的相同噪聲情況下降低電流消耗)，所述數值應當被儘可能地抑制。儘管ICMFB電路的引入解決了與共模相關的問題，但是因為需要高數值的反饋電容Cfb其自身包括不可忽略的電流消耗(由於放大器組件的出現)，，所以其存在使傳感接口噪聲性能惡化(或者進一步在給定相同噪聲的情況下增加電流消耗)的風險。電流消耗對於可攜式應用來說甚至可能是過大的。

發明內容因此，本發明的目的是為差分電容型傳感器提供接口電路，其將使前述的缺點和問題得到解決，特別是具有在電流消耗和噪聲方面不危及性能的輸入共模控制電路。
按照本發明的檢測電路擁有差分電容型傳感器和接口電路，該接口電路具有電連接到所述差分電容型傳感器的第一傳感輸入端和第二傳感輸入端，所述接口電路包括傳感放大器裝置，在輸入端連接到所述第一傳感輸入端和所述第二傳感輸入端，配置其來提供與所述差分電容型傳感器的電容型不平衡相關的輸出信號；和第一共模控制電路，連接到所述第一傳感輸入端和所述第二傳感輸入端，配置其來控制出現在所述第一傳感輸入端和所述第二傳感輸入端的共模電量，其特徵在於所述第一共模控制電路是完全無源類型的。
為了更好地理解本發明，現在僅僅通過非限制性的例子以及參考附圖來描述其優選的實施方式，其中圖1a顯示了已知類型的差分電容型傳感器的示意性表示；圖1b顯示了圖1a中所示傳感器的等效電路；圖2顯示了使用圖1中所示傳感器的檢測電路的電路圖，其也是已知類型的；圖3顯示了根據本發明第一實施方式的檢測電路的電路圖；圖4顯示了檢測電路的第二實施方式電路圖；以及圖5顯示了裝配有圖3或圖4所示類型檢測電路的電子設備的示意性方塊圖。
具體實施方式對於差分電容型傳感器傳感接口中的輸入共模控制，本發明的一個方面設想使用一種完全無源類型的電路(從而定義了輸入共模無源控制ICMPC)，其被配置來生成共模電荷量，該共模電荷量與由於施加讀取脈衝而使傳感器生成的共模電荷量的絕對值相等、符號相反。這樣，在傳感接口的輸入端上保持了共模電荷平衡和共模電壓值恆定。
圖3中，相似的部件使用和前面使用的相同附圖標記來識別並且不再詳細描述，圖3說明了檢測電路包括接口電路30和差分電容型傳感器1。詳細地，差分電容型傳感器1再次用第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b來示意性表示，第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b分別連接在動片接線端8與第一固定片接線端7a之間和動片接線端8與第二固定片接線端7b之間。接口電路30在輸入端連接到第一固定片接線端7a和第二固定片接線端7b，並且包括電荷積分器12和完全無源(ICMPC)類型的第一共模控制電路32。此外，電荷積分器12輸入端的寄生電容示意性表示為第一寄生電容器15和第二寄生電容器16，其分別連接在第一固定片接線端7a與參考電勢線18之間和第二固定片接線端7b與參考電勢線18之間，且其具有寄生電容Cp。電荷積分器12包括電荷積分器結構中的傳感運算放大器20，其連接到第一固定片接線端7a和第二固定片接線端7b，並提供輸出電壓Vo；以及第一積分電容器22和第二積分電容器23。第一共模控制電路32具有第一輸出端32a、第二輸出端32b和驅動接線端32c，第一輸出端32a和第二輸出端32b分別連接到第一固定片接線端7a和第二固定片接線端7b之間。
根據本發明的一個方面，第一共模控制電路32是電容型電路，該電容型電路具有和差分電容型傳感器1的等效電路基本相同的電路構造，從而包括第一控制電容器34和第二控制電容器35，其第一接線端彼此連接並且連接到驅動接線端32c，其第二接線端分別連接到第一輸出端32a和第二輸出端32b，並且具有相同數值的控制電容Cpa，特別是基本等於傳感電容Cs。在使用中，通過第一信號發生器36施加讀取信號Vr到差分電容型傳感器1的動片接線端8；特別地，讀取信號Vr為具有第一電壓變化範圍ΔVr的階躍(step)脈衝。驅動信號
通過第二信號發生器37施加到驅動接線端32c；驅動信號
也是階躍脈衝，其具有第二電壓變化範圍-ΔVr，且和第一變化範圍ΔVr相等並且反號(並且基本是同步的)。尤其是在讀取信號Vr具有周期性模式(例如脈衝序列)的情況下，驅動信號
相對於讀取信號Vr是180°異相的(即相位相反)。
從而第一控制電容器34和第二控制電容器35在電荷積分器12的輸入端上生成共模電荷量，該共模電荷量等於並且相反於第一傳感電容器9a和第二傳感電容器9b生成的共模電荷量(換句話說，控制電容器注入/抽取的電荷量等於傳感電容器抽取/注入的電荷量)。這樣所述接線端上的共模電壓數值保持常數，並且處於常數電壓下的寄生電容15、16不吸收電荷，其作用受到抑制。
因為所描述的電路是基於開環控制的，只要控制電容器34、35的控制電容Cpa有效地等於差分電容型傳感器1的傳感電容Cs，就可以控制輸入共模。從而，在由於實施原因(例如由於使用不同的技術)而使控制電容Cpa不同於傳感電容Cs的情況下，或者隨著時間在經歷不同的老化和漂移影響的任何情況下，本發明又一方面設想與第一共模控制電路32相結合使用ICMFB有源類型的第二共模控制電路14，其實現了閉合反饋環路。
特別是(參見圖4)，根據本發明第二實施方式的檢測電路也包括第二共模控制電路14，其基本類似於參考背景技術所描述的ICMFB電路，從而具有放大器電路25和第一反饋電容器26、第二反饋電容器27，且其具有反饋電容Cfb′並且分別連接在放大器電路25的輸出端25a和第一固定片接線端7a之間以及放大器電路25的輸出端25a和第二固定片接線端7b之間。然而在這種情況下，反饋電容Cfb′的數值可以比背景技術中的相應數值小得多，特別是小於傳感電容Cs。事實上，由於存在與第一共模控制電路32的結合，第二共模控制電路14隻須平衡可能由於製造工藝差異而引起的傳感電容Cs和控制電容Cpa之間的差異，並且生成少量的與所述差異成比例的電荷(再次通過反饋電壓Vfb)。從而，傳感接口的電流消耗和噪聲影響在這種情況下也受到抑制，並且適合於可攜式應用。
如圖5所示，所描述的接口電路30可以有利地用於電子設備40。電子設備40例如是可攜式裝置，諸如行動電話、數字音頻播放器、PDA、數字可攜式攝錄一體機或數位照相機、或者可攜式電腦(膝上型電腦)，其裝配有檢測電路42(特別是以ASIC專用集成電路的形式提供)，其被配置來確定與電子設備40關聯的給定量(例如加速度、壓力、受力等)的數值。檢測電路42包括差分電容型傳感器1(例如加速度計、壓力傳感器、力傳感器等)，其被配置來檢測所述的量並且生成作為其數值的函數的差分電容性變化；以及關聯到差分電容型傳感器1的傳感級44。傳感級44依次包括前述的接口電路30，其被配置來將電容型不平衡ΔCs轉換為輸出電信號Vo；以及例如使用相關雙採樣(CDS)技術的增益和濾波電路45，其被配置來對所述輸出電信號進行放大和濾波，並且生成能夠在電子設備40中使用的傳感信號。為此，檢測電路42在輸出端連接到電子設備40的微處理器電路46，其被配置來啟動電子設備40的作為傳感信號數值的函數的給定功能。有利地，根據本發明的一個方面，檢測電路42製造在單個矽片上，從而在差分電容型傳感器1和傳感級44之間不會存在構造上的工藝差異。
根據前面的描述，所描述檢測電路的優點是清楚的。
應當強調，無論如何，所提出的電路減小了差分電容型傳感器1讀取所需的電流消耗。特別是，所述電路減小了輸入共模控制所用的總電容進而系統的噪聲，或者等效地，減小了在給定相同輸出噪聲情況下的電流消耗。
所描述的第一實施方式(其中設想僅使用無源電路ICMPC)具有特別簡單的配置並且具有非常低的電流消耗，並且在傳感電容Cs等於(並且保持等於)控制電容Cpa情況下實現共模控制。由於這個原因，使用相同的工藝來製造用於接口電路30的差分電容型傳感器1是特別有利的，特別是在一個相同的矽片中。
第二實施方式在需要補償前述的電容之間可能存在的差異的情況下是有利的，該差異由於例如組件老化的非一致性引起。無論如何，即使在使用所述實施方式的情況下，反饋電容器26、27的反饋電容Cfb′的數值和背景技術相比是更小的，這有利於減少電流消耗(或者更低輸出噪聲)。
最後，顯而易見，不脫離由附加的權利要求
所限定的本發明的範圍，這裡的描述和示例可以進行修改和變化。
特別是，顯然在檢測電路中可以使用任何類型的差分電容型傳感器，其可以使用MEMS工藝製造或者甚至使用不同的工藝製造。例如，差分電容型傳感器可以是位移傳感器、陀螺儀、線或角加速度傳感器、壓力傳感器、或者力傳感器。
電子設備40也可以是存儲設備，例如硬碟，檢測電路可以有助於自由降落情況的檢測。
進一步，其它類型的波形可以用於讀取，讀取信號Vr可以例如包括脈衝序列或者階梯波。在這一點上，用於生成所述讀取信號Vr(以及ICMPC控制電路的相應反相驅動信號)的第一信號發生器36和第二信號發生器37可以由任何已知的技術獲得，特別是這裡沒有詳細描述的已知方式，即依靠連接到參考電勢線的開關。
此外，控制電容Cpa的數值和驅動信號
的幅度可以不同，假如它們能夠生成共模電荷量以平衡由差分電容型傳感器生成的共模電荷量；例如，控制電容Cpa的數值可以是傳感電容Cs的兩倍(然而，以增大一定的輸出噪聲為代價)，以及驅動信號
的變化值等於相應讀取信號變化二分之一。既然這樣，只要控制電容和傳感電容數值之間的比例保持在設計值，第一共模ICMPC控制電路就工作正常。
最後，如敘述的，接口電路是開關電容器類型的，因此(以這裡沒有描述的已知方式)以適當的方式設想和控制開關來實現偏置和讀取操作。
權利要求
1.一種檢測電路(42)，其裝備有差分電容型傳感器(1)以及具有電連接到所述差分電容型傳感器(1)的第一傳感輸入端(7a)和第二傳感輸入端(7b)的接口電路(30)，所述接口電路(30)包括傳感放大器裝置(12)，其在輸入端連接到所述第一傳感輸入端(7a)和所述第二傳感器輸入端(7b)，其被配置來提供與所述差分電容型傳感器(1)的電容型不平衡(ΔCs)相關的輸出信號(Vo)；以及第一共模控制電路(32)，其連接到所述第一傳感輸入端(7a)和所述第二傳感輸入端(7b)，其被配置來控制出現在所述第一傳感輸入端(7a)和所述第二傳感輸入端(7b)上的共模電量，其特徵在於所述第一共模控制電路(32)為完全無源類型的。
2.根據權利要求
1所述的檢測電路，其中所述第一共模控制電路(32)包括生成平衡電量的生成裝置(34、35)，從而平衡所述共模電量，並且保持出現在所述第一傳感輸入端(7a)和所述第二傳感輸入端(7b)上的共模電壓基本恆定；所述共模電量是共模電荷量，所述平衡電量是與所述共模電荷量絕對值相等並且符號相反的電荷量。
3.根據權利要求
1所述的檢測電路，其中所述差分電容型傳感器(1)具有等效電路(9a、9b)；以及所述第一共模控制電路(32)包括電容型電路(34、35)，該電容型電路具有與所述等效電路(9a、9b)基本相同的電路構造並且具有被配置來接收驅動信號
的驅動接線端(32c)；所述驅動信號
具有與使用中施加到所述差分電容型傳感器(1)的讀取信號(Vr)的讀取幅度變化(ΔVr)反號的控制幅度變化(-ΔVr)。
4.根據權利要求
3所述的檢測電路，其中所述電容型電路(34、35)與所述等效電路(9a、9b)是基本相同的，以及所述驅動信號
的所述控制幅度變化(-ΔVr)與所述讀取信號(Vr)的所述讀取幅度變化(ΔVr)是絕對值相等、符號相反、並且基本同步的；具體地，所述驅動信號
和所述讀取信號(Vr)是相位相反的信號。
5.根據權利要求
3所述的檢測電路，其中所述等效電路(9a、9b)包括第一和第二傳感電容器(9a、9b)，第一和第二傳感電容器(9a、9b)分別連接在被配置來接收所述讀取信號(Vr)的讀取接線端(8)與所述第一傳感輸入端(7a)之間以及讀取接線端(8)與所述第二傳感輸入端(7b)之間，且具有共同的靜態電容(Cs)和絕對值相等、符號相反並且等於所述電容型不平衡(ΔCs)的不平衡電容；所述共模電量是由所述第一傳感電容器(9a)和所述第二傳感電容器(9b)響應所述讀取信號(Vr)生成的。
6.根據權利要求
5所述的檢測電路，其中所述差分電容型傳感器(1)包括微電機傳感器，其具有固定部分(2a、2b)和作為待檢測量的函數而相對於所述固定部分自由移動的移動部分(3)，從而生成所述電容型不平衡(ΔCs)；所述讀取接線端(8)電連接到所述移動部分(3)，並且所述第一傳感輸入端(7a)和所述第二傳感輸入端(7b)電連接到所述固定部分(2a、2b)。
7.根據權利要求
5所述的檢測電路，其中所述電容型電路(34、35)包括連接在所述驅動接線端(32c)與所述第一傳感輸入端(7a)之間的第一控制電容器裝置(34)；以及連接在所述驅動接線端(32c)與所述第二傳感輸入端(7b)之間的第二控制電容器裝置(35)；所述第一控制電容器裝置(34)和所述第二控制電容器裝置(35)具有與所述第一傳感電容器(9a)和所述第二傳感電容器(9b)的所述靜態電容(Cs)相關的控制電容(Cpa)。
8.根據權利要求
7所述的檢測電路，其中所述第一控制電容器裝置(34)和所述第二控制電容器裝置(35)具有與所述第一傳感電容器(9a)和所述第二傳感電容器(9b)的所述靜態電容(Cs)基本相等的控制電容(Cpa)。
9.根據權利要求
1所述的檢測電路，進一步包括有源類型的第二共模控制電路(14)，其被裝備有反饋迴路(25、26、27)；所述反饋迴路(25、26、27)被配置來生成反饋電壓(Vfb)值，從而有助於控制所述共模電量。
10.根據權利要求
9所述的檢測電路，其中所述反饋迴路(25、26、27)包括在輸入端連接到所述第一傳感接線端和第二傳感接線端(7a、7b)、具有被配置來生成所述反饋電壓(Vfb)的輸出端(25a)的反饋放大器裝置(25)，以及分別連接在所述輸出端(25a)與所述第一傳感輸入端(7a)之間和所述輸出端(25a)與所述第二傳感輸入端(7b)之間的第一反饋電容器裝置(26)和第二反饋電容器裝置(27)。
11.根據權利要求
10所述的檢測電路，其中所述差分傳感器(1)具有等效電路，該等效電路包括具有靜態電容(Cs)的傳感電容器裝置(9a、9b)；以及所述第一反饋電容器裝置(26)和所述第二反饋電容器裝置(27)具有數值小於所述靜態電容(Cs)的反饋電容(Cfb)。
12.根據權利要求
10所述的檢測電路，其中所述第一共模控制電路(32)包括具有控制電容(Cpa)的控制電容器裝置(34、35)，該控制電容的數值按照實現差異與所述第一傳感電容器(9a)和所述第二傳感電容器(9b)的所述靜態電容(Cs)不同；以及其中所述第一反饋電容器裝置(26)和第二反饋電容器裝置(27)具有反饋電容(Cfb)，該反饋電容的數值是所述實現差異的函數。
13.根據權利要求
1所述的檢測電路，其中所述差分電容型傳感器(1)和所述接口電路(30)集成在同一個半導體材料晶片內。
14.一種接口電路(30)，其用於按照權利要求
1製造的檢測電路(42)。
15.一種電子設備(40)，其包括按照權利要求
1製造的檢測電路(42)。
16.根據權利要求
15所述的電子設備，其是可攜式類型的，特別是在包括以下設備的集合中選擇行動電話、數字音頻播放器、個人數字助理、數字可攜式攝錄一體機或數位照相機、以及可攜式電腦。
17.一種讀取差分電容型傳感器(1)的方法，其通過裝備有電連接到所述差分電容型傳感器(1)的第一傳感輸入端和第二傳感輸入端(7a、7b)的接口電路(30)實現，該方法包括檢測所述差分電容型傳感器(1)的電容型不平衡(ΔCs)；生成與所述電容型不平衡(ΔCs)相關的輸出信號(Vo)；以及控制出現在所述第一傳感輸入端(7a)和所述第二傳感輸入端(7b)上的共模電量，該控制包括提供連接到所述第一傳感輸入端(7a)和所述第二傳感輸入端(7b)的第一共模控制電路(32)；其特徵在於所述第一共模控制電路(32)為完全無源類型的。
18.根據權利要求
17所述的讀取方法，其中控制包括生成平衡電量，從而平衡所述共模電量並且保持出現在所述第一傳感輸入端(7a)和所述第二傳感輸入端(7b)上的共模電壓基本恆定；所述共模電量是共模電荷量，所述平衡電量是與所述共模電荷量絕對值相等並且符號相反的電荷量。
19.根據權利要求
17所述的讀取方法，其中所述差分電容型傳感器(1)具有等效電路(9a、9b)，並且提供第一共模控制電路(32)包括提供電容型電路(34、35)，該電容型電路具有與所述等效電路(9a、9b)基本相同的電路構造並且具有驅動接線端(32c)；並且其中檢測電容型不平衡(ΔCs)包括用具有讀取幅度變化(ΔVr)的讀取信號(Vr)驅動所述差分電容型傳感器(1)，以及控制共模電量包括在所述驅動接線端(32c)上提供具有與所述讀取幅度變化(ΔVr)反號的控制幅度變化(-ΔVr)的驅動信號
20.根據權利要求
19所述的讀取方法，其中所述驅動信號
的所述控制幅度變化(-ΔVr)與所述讀取幅度變化(ΔVr)絕對值相等並且符號相反。
21.根據權利要求
19所述的讀取方法，其中所述驅動信號
相對於所述讀取信號(Vr)相位相反。
專利摘要
一種裝備有差分電容型傳感器(1)和接口電路(30)的檢測電路(42)，具有電連接到差分電容型傳感器(1)的第一傳感輸入端(7a)和第二傳感輸入端(7b)。在接口電路中裝備有在輸入端連接到第一傳感輸入端和第二傳感輸入端(7a、7b)的傳感放大器(12)，其提供與差分電容型傳感器(1)的電容型不平衡(ΔC
文檔編號G01D3/028GK1991313SQ200610171900
公開日2007年7月4日 申請日期2006年11月29日
發明者湯瑪索·昂加裡蒂, 歐內斯託·拉薩蘭德拉 申請人:St微電子公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan