CN102735716B - 电容性传感器、集成电路、电子设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于感测关注分析物的传感器(100，200)，该传感器包括多个电容性元件(120)，每个电容性元件包括被电介质(124)隔开的一对电极(122，126)，其中至少一个电容性元件的电介质的介电常数对关注分析物敏感，该传感器还包括：比较器(130，230)，适于将选定的电容性元件集合与参考信号比较以产生比较结果信号；以及控制器(150，250)，用于响应于所述比较结果信号来迭代地选择电容性元件集合，其中传感器被布置为产生对感测到的关注分析物的等级加以指示的数字化输出信号。本发明还公开了一种包括这种传感器的IC，一种包括这种IC的电子设备，以及一种利用这种传感器来确定关注分析物的等级的方法。

Description

电容性传感器、集成电路、电子设备和方法

技术领域

本发明涉及用于感测关注分析物的传感器，该传感器包括具有电容性感测元件，所述电容性感测元件具有由电介质分开的电极，所述电介质的介电常数对关注分析物敏感。

本发明还涉及包括这种传感器的集成电路(IC)。

本发明还涉及包括这种IC的电子设备。

本发明还涉及到使用这种传感器确定关注分析物等级的方法。

背景技术

现在，集成电路(IC)可以包括诸如湿气敏感(moisture-senstive)传感器之类的电容性传感器，所述湿气敏感传感器例如是相对湿度(RH，relativehumidity)传感器或浸液检测(liquidimmersiondetection)传感器。这种传感器的电容性感测元件典型地包括电极对，即由电介质分开的电容器极板，其中电介质的介电常数对关注分析物(例如湿气)的等级(level)敏感。关注分析物典型地由电介质吸收，这导致电介质的介电常数变化，从而改变了电容性感测元件的总电容。因此，对电容性感测元件的电容的确定指示了电容性感测元件暴露于其中的关注分析物的等级。

由于多种许多原因，这种传感器可以包含在IC设计中。例如，可以将这种传感器包含在IC中以确定例如返回给制造商的故障IC是否已经由于暴露在湿气中(例如浸入事件)而损坏或者IC自身是否发生故障。对于确定将IC或包括IC的电子设备返回的用户是否具有对设备的保修权利而言，确定引起故障的这种外部影响是至关重要的，因为典型地诸如上述浸入事件等错误使用使保修无效。

备选地，这种传感器可以是IC的功能模块的一部分。例如，可以为诸如射频(RF)识别(ID)芯片之类的近场通信IC提供多种传感器，例如温度传感器、环境光传感器、机械冲击传感器、浸液传感器、湿度传感器、CO₂传感器、O₂传感器、pH传感器以及乙烯传感器，这些传感器例如用于监视以芯片为标签的产品的环境条件，例如，可以通过监视芯片的传感器读数可以实现产品质量控制。

将这些传感器中的一些传感器集成到IC制造流程的后端(例如集成到金属化叠层(metallizationstack)中或金属化叠层上)是尤为具有吸引力的，这是因为，由于可以在对工艺流程的改动最小的情况下实现这种集成，使这种集成更节省成本。

这种电容性传感器的缺点是相对慢的响应时间。造成这种缓慢的原因有两个。首先，分析物进入传感元件电介质的有限扩散速率导致固有延迟，其次，所产生的测量信号是模拟信号，将该模拟信号转换成数字域中增加了另外的处理步骤和相关延迟。

发明内容

本发明试图提供一种具有更高响应速度的传感器。

本发明还试图提供一种包括这种传感器的IC。

本发明还试图提供一种包括这种IC的电子设备。

本发明还试图提供一种使用这种传感器来确定关注分析物的等级的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于感测关注分析物的传感器，该传感器包括多个电容性元件，每个电容性元件包括被电介质隔开的一对电极，其中至少一个电容性元件的电介质的介电常数对关注分析物敏感，该传感器还包括：比较器，适于将选定的电容性元件集合与参考信号比较以产生比较结果信号；以及控制器，用于选择电容性元件集合，并响应于比较结果信号来迭代地更新对感测的关注分析物的等级加以指示的数字化值，其中传感器被布置为产生对感测到的关注分析物的等级加以指示的数字化输出信号。

本发明基于以下认识：与使用单独的模数转换器产生数字化感测信号的现有技术结构相比，通过在传感器信号数字化级(stage)引入至少一个感测电容器，可以更快地产生数字化感测信号。此外，通过在传感器信号数字化级中集成至少一个感测电容器，有利于减少传感器的总尺寸，从而降低了制造成本。

在实施例中，每个电容性元件的电介质的介电常数取决于所述电介质中的关注分析物浓度，控制器被配置为选择所述子集以使得该子集的总电容保持恒定。换句话说，传感器结构中设置的对分析物敏感的电容性元件的数目随着关注分析物的等级(例如湿气)而相反地变化，这是因为，湿气等级的提高将会使电介质的介电常数增大，从而根据关系式C＝εA/d使每个电容性元件的电容C增大，其中ε是将电极隔开的电介质的介电常数，A是电极的面积，d是电极间的分隔间距。因此，对于使传感器的电容保持恒定所需的电容性元件的数目的确定可以直接转化为对关注分析物的等级的确定，而不需要单独的模数转换级。

在实施例中，所述多个电容性元件包括第一组电容性元件和第二组电容性元件，第一组电容性元件中的每个电容性元件具有第一最大容量，第二组电容性元件中的每个电容性元件具有是第一最大容量倍数的最大容量。这种倍数例如可以是10，使得通过识别每个组中有多少个电容性元件包含在传感器结构中，可以得到关注分析物的等级。该方案的优点是需要更少的电容性元件来实现精确的数字化传感器读取。

在备选实施例中，所述多个电容性元件定义了电荷定标(chargescaling)数模转换器(DAC)，其中所述多个电容性元件包括电介质的介电常数对关注分析物等级敏感的单个电容性元件，所述单个电容性元件在传感器的模数转换模式中定义了数模转换器的最高有效位，所述多个电容性元件还包括电介质的介电常数对关注分析物不敏感的另一电容性元件，所述另一电容性元件在传感器的编程模式中定义了数模转换器的最高有效位，其中控制器包括用于提供数字码的逐次逼近寄存器。

在本实施例中，传感器实质上被集成在逐次逼近模数转换器(ADC)中，设计上的改变在于，在电荷定标DAC中编程的电荷不与输入信号比较，而是与参考信号比较，使得用单个电容性元件替换所述另一电容性元件会在形成电荷定标DAC的电容性元件上引起电荷重新分布(redistribution)。重新分布的电荷的量由该单个电容性元件的实际电容确定，其中该实际电容是该单个电容性元件的电介质中的分析物等级的函数，使得在模数转换级产生的逐次逼近码与该分析物等级直接相关。

在实施例中，该电容性元件可以具有公共电极。这进一步降低了传感器设计的复杂性，从而进一步降低了制造成本。

本发明的传感器可以有利地设置到IC中，其中所述电容性元件形成在集成电路的金属化叠层中或金属化叠层上。这具有的优点在于：由于不需要(显著地)改变诸如CMOS工艺之类的制造工艺改变以在该制造工艺的后端适应电容性元件的制造，所以可以有限的附加成本将传感器功能添加到IC中。

所述电容性元件的至少一个电极可以形成在金属化叠层的金属层中。备选地，在需要防止金属层下方的电路元件暴露给关注分析物的情况下，例如传感器是浸液传感器的情况下，电容性元件可以形成在所述金属化叠层上，集成电路还包括在电容性感测元件与金属化叠层之间的防湿层，例如Ta₂O₅层。

IC可以是集成到诸如移动通信设备之类的电子设备中，移动通信设备例如是移动电话、个人数字助理等。

根据本发明的另一方面，提供了一种确定关注分析物的等级的方法，包括提供多个电容性元件，每个电容性元件包括被电介质隔开的一个电极，其中至少一个电容性元件的电介质的介电常数对关注分析物敏感；将选定的电容性元件集合与参考信号进行比较并产生比较结果信号；响应于比较结果信号来迭代地选择电容性元件集合；以及在完成迭代之后产生对所确定的分析物的等级加以指示的数字化信号。这具有的优点在于：可以产生所测量的关注分析物的等级的数字表示，而无需独立的ADC。

在实施例中，每个电容性元件的电介质的介电常数对关注分析物敏感；迭代地选择电容性元件集合的步骤包括调整电容性元件集合中电容性元件的数目，直到所述比较结果信号指示电容性元件集合中的电容性元件的总电容与参考信号匹配；产生数字化信号的步骤包括在完成迭代之后产生对所选的电容性元件的数目加以指示的信号。

在备选实施例中，电容性元件中单个电容性元件的电介质的介电常数对关注分析物敏感；所述多个电容性元件定义了电荷定标数模转换器，电荷定标数模转换器包括所述单个电容性元件作为在数模转换模式中的最高有效位，以及包括电介质的介电常数对关注分析物不敏感的另一电容性元件作为在编程模式中的最高有效位；该方法还包括在编程模式中用参考电压对包括所述另一电容性元件的数模转换器进行编程；通过用所述单个电容性元件替换所述另一电容性元件对数模转换器进行重新配置；迭代地选择电容性元件集合的步骤包括顺序选择数模转换器的单个电容性元件并重复下述步骤：将所选的电容性元件上存储的电荷与参考信号进行比较并响应于所产生的比较结果信号来更新逐次逼近码，直到数模转换模式中的数模转换器的所有电容性元件已经与参考值比较，其中产生数字化信号的步骤包括随后输出逐次逼近码。

附图说明

通过非限制性示例并参照附图更详细地描述本发明的实施例，其中：

图1示意性描述了根据本发明实施例的传感器；

图2示意性描述了根据本发明实施例的传感器的一个方面；

图3示意性描述了根据本发明另一实施例的传感器的一个方面；

图4示意性描述了根据本发明又一实施例的传感器的一个方面；

图5描述了感测阵列中的电容器数目作为相对湿度函数的仿真结果；

图6示意性描述了根据本发明备选实施例的传感器；

图7描述了图6的传感器的输出信号作为最高有效位(MSB)电容器的电容的函数的仿真；和

图8示意性描述了本发明IC的示例性实施例。

具体实施方式

应该理解，所述附图仅仅是示意性的并且不按比例绘制。还应该理解，在所有附图中使用的相同的附图标记用于表示相同或类似的部件。

图1示意性描述了本发明的电容性传感器100的第一实施例。传感器100包括感测阵列110，感测阵列110包括可以以适当布局布置的多个电容性元件120。图2示出了这种布局的非限制性示例，其中，多个电容性元件120共用公共电极126，公共电极126通过电介质124与独立电极122_1-n隔开，该电介质124具有对电介质所吸收的湿气等级敏感的介电常数。尽管技术人员明了其它合适的材料，电介质合适实施例的非限制性示例是聚酰亚胺。如图3所示，公共电极126可以是弯曲电极(meanderingelectrode)，分立的电容性元件120的独立电极122_1-n与该弯曲电极相互交叉(interdigitate)并通过电介质124与公共电极126隔开。

当然，分立的电容器126不必须共用公共电极。至少一些电容性元件120不共用电极也同样是可行的。在本发明上下文中，应该理解术语“电极”在与电容器一起使用时旨在包括电容器极板。

现在返回到图1，传感器100还包括比较电路130，用于将设置在RC信号线112上的感测阵列110的RC时间与参考频率信号线142上的参考频率源140产生的参考频率进行比较。为此目的，比较电路130例如可以包括频率匹配电路。

传感器100还包括控制器150，用于选择要包含在感测阵列110中的电容性元件120的数目。为此目的，控制器150例如可以被配置为向各个开关114提供使能信号，这些开关可以用任何适当的方式实现，例如MOSFET。控制器150以下述方式对比较电路130产生的比较结果信号作出响应。

感测阵列110的总电容C是控制器150所选择的要包含在感测阵列110中的各个电容元件电容性元件120电容的和。电容C还取决于电介质124向关注分析物的暴露，更具体地，取决于电介质124中现存在关注分析物的等级，在本说明书的下文中，可以非限制性示例的方式假定该等级为相对湿度；应该理解，也可以等效地采用除了湿气之外的其它分析物。

感测阵列110的RC时间τ可以表示为τ＝RC＝1/2πf_c，其中R是RC信号线112的电阻，f_c是电容性感测阵列110的截止频率。由于C取决于相对湿度，并且R是常数(至少在第一近似(firstapproximation))，因此可以看出RC时间和截止频率f_c也取决于实际的相对湿度。

通过以下方式来利用该原理：选择要包含在感测阵列110中的电容性元件120的数目，使得截止频率f_c与参考频率发生电路140提供的参考频率匹配，从而下述关系式成立：

$\mathrm{Num}\_\mathrm{cap}=\frac{1}{\frac{\mathrm{\Δ\ϵ}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\min }}.\mathrm{resolution}}$

其中Num_cap是感测阵列110中包含的电容性元件120的数目，Δε是介电材料124在100％相对湿度下的介电常数和在0％相对湿度下的介电常数的差值，ε_min是介电材料124的最小介电常数，以及resolution是相对湿度测量的所需要的分辨率(resolution)。

比较电路130用于基于测量的RC时间计算感测阵列110的截止频率fc，并且将该截止频率与来自参考频率发生器140的参考频率进行比较。当截止频率与参考频率失配时，比较电路130通过指令线134向控制器150提供指令，以递增或递减感测阵列110中电容性元件120的数目。重复该迭代过程，直到比较电路130确定了截止频率与参考频率充分匹配。

当确定这种匹配时，感测阵列110中包含的电容性元件120的数目代表由传感器100感测到的相对湿度等级。因此，传感器100(例如控制器150或比较电路130)可以适于在其输出160上输出感测阵列110中电容性元件120的数目。为此目的，控制器150或比较电路130可以包括计数器，以保持跟踪感测阵列110中包含的电容性元件120的数目。备选地，传感器100可以包括例如查找表等转换装置，以将感测阵列110中包含的电容性元件120的数目转换成相对湿度，在这种情况下，输出160可以产生所测量的相对湿度的实际值。这允许以数字形式产生输出160，而不需要独立的ADC。

在这一点上，应注意到各个电容性元件120的最小电容可以被选择为较小，例如在pF或甚至fF范围。不必所有的电容性元件120都具有相同的电容。实际上可以有利的是，可以以不同的电容定义两组或多组电容性元件120。

在示例性实施例中，如图4所示，电容性元件120具有不同的电容，其中根据各自的电容将电容性元件120分组为不同的组。第一组1221包括单个电容性元件，第二组122_2-i和第三组122_j-n包括多个电容性元件(i、j、n是正整数，并且i＜j＜n)，这里，仅仅以非限制性示例的方式显示为每组有5个电容性元件。这些组中的每一组可以包含任意适当数目的电容性元件，并且传感器100可以包括任意适当数目的这种组。例如，第一组可以包括分别具有100C电容的电容性元件，第二组可以包括分别具有10C电容的电容性元件，以及第三组可以包括每个分别1C(C是单位电容)电容的电容性元件。假定每组包括10个这种电容器，控制器150使用仅30个电容性元件就可以定义出具有从1-1110C电容的感测阵列110。在该示例中，采用倍数10来在组之间定义电容性元件120的电容。应该理解，可以采用任何适当的乘法因子(multiplicationfactor)，例如整数或分数因子。

图5描述了包含在感测阵列110中的电容器120的数目(y轴)作为相对湿度(RH，x轴)的函数的模拟结果，每个电容器120具有11.5毫微微法拉(fF)的电容并且包括聚酰亚胺电介质124。聚酰亚胺被示为在0％的RH下具有介电常数3.3，在100RH下具有介电常数为3.7。可以看出，为了保持感测阵列110的RC时间恒定，感测阵列110中的电容器120的数目从RH＝0％下的823到RH＝100％下的725变化。

这表明，不是所有的电容性元件120都需要能够被控制器150选择；同样可行的是：感测阵列110包括永久设置在感测阵列中的第一多个电容性元件120，即，在RH＝100％下实现期望RC时间所需要的电容性元件120的数目，并且感测阵列110还包括第二多个电容性元件120，这些电容性元件120可以如前所述由控制器150在比较电路130的控制下添加到感测阵列110中。第二多个电容性元件120典型地包括足够数目的电容性元件120以允许在RH＝0％产生期望的RC时间。这还具有以下优点：减少了将感测阵列110的截止频率与参考频率进行匹配的迭代过程所需要的时间，从而进一步减少了确定RH所需要的时间量。

图6示出了本发明传感器的备选实施例。这里，传感器200采用电荷重新分布逐次逼近ADC的形式。

传统的电荷重新分布逐次逼近ADC包括：电荷定标DAC210，电荷定标DAC210包括电容器220₁-220_n阵列，其中C220_m＝2×C220_m+1(m和n是正整数，并且n＞m)；比较器230，用于将电荷定标DAC210的模拟输出与采样保持电路240中采样的输入电压进行比较；控制器250，包括用于生成模拟输入电压的数字表示的逐次逼近寄存器。

现在将简单描述电荷重新分布逐次逼近ADC的操作。逐次逼近ADC本身是公知的，因而仅为了简单起见而省略其详细描述。

在工作中，以4个基本步骤执行DA转换。前三个步骤可以被看作是ADC的编程或初始化周期，第四个也是最后一个步骤可以被看作是ADC的数据转换循环(cycle)。

首先，将电容器阵列完全放电到比较器的偏移电压V_OS。该步骤提供了自动的偏移消除，即该偏移电压仅表示不能在电容器220_1-n上重新分布的死电荷(deadcharge)。将逐次逼近寄存器典型地初始化，使得MSB为1并且最低有效位为0，例如对16位数字编码来说是1000000000000000。

接下来，将阵列210中所有的电容器220切换到输入信号v_IN。现在，电容器的电量等于这些电容器各自的电容与输入电压减去每个电容器上补偿电压的差值相乘。

在第三步骤中，将电容器220切换为使得该电量施加在比较器230的输入上，从而产生等于-v_IN的比较器输入电压。

最后，进行实际数据转换。首先，MSB电容器切换到V_REF，V_REF对应于ADC的满标度范围(full-scalerange)。由于阵列的二进制加权(binary-weighting)(即C220_m＝2×C220_m+1)，MSB电容器2201构成整个阵列210的电容的一半。因此，至比较器230的输入电压变为-v_IN+V_REF/2。接着，如果v_IN大于V_REF/2，则比较器230输出数字1作为MSB，否则输出数字0作为MSB。相应地，控制器250更新其逐次逼近寄存器。以相同的方式测试每个电容器220，直到比较器输入电压收敛到补偿电压或者至少在给定DAC的分辨率的情况下尽可能接近补偿电压，然后控制器250在输出260上产生逐次逼近寄存器的更新比特图(updatedbitpattern)。

与这种传统的逐次逼近DAC相比，本发明的传感器200改动如下。通过包含与MSB电容器220₁并联布置的电容性元件120，来修改电荷定标DAC210的设计。如上所述，电容性元件120包括被电介质隔开的电极对，该电介质的介电常数取决于关注分析物(例如湿气)的等级。阵列210中的其它电容器(即电容器220_1-n)的电介质的介电常数对分析物等级的变化不敏感，例如对相对湿度不敏感。此外，采样保持电路240的输入信号简单地是参考电压。因此，如果可以产生足够稳定的参考电压，可以从传感器200中省略采样保持电路240。

在编程或初始化阶段，MSB电容器220₁包含在电荷定标DAC210中，而电容性元件120不包含在电荷定标DAC210中。按照如上所述的方式进行电荷定标DAC210的初始化，包括上述逐次逼近寄存器的初始化。在切换到数据转换阶段之后，将电荷定标DAC210中MSB电容器220₁替换为电容性元件120。这会导致电容器220_2-n中存储的电荷部分地重新分布到电容性元件120。重新分布的电荷量取决于电容性元件120的电容，电容性元件120的电容取决于电容性元件120的电介质124中吸收的关注分析物(例如湿气)的等级。

因此，通过利用比较器将每个电容器220_2-n和电容性元件120与参考电压V_ref进行迭代或逐次比较而产生的逐次逼近码表示从电容器220_2-n重新分布到电容性元件120的电荷量，即，表示电容性元件120的电容。由于该电容是关注分析物等级的函数，因而在迭代过程完成时产生的逐次逼近码是该关注分析物等级的数字表示，例如传感器200暴露于其中的相对湿度的数字表示。

总之，控制器250负责迭代地启用电荷定标DAC210的各个电容性元件120和220_2-n，以响应于比较器230提供的比较结果来更新逐次逼近寄存器。该比较结果也可以用于代替时钟信号CLK来触发对逼近的下一次迭代。

在实施例中，ADC的N个最高有效位可以是温度计编码的(thermometer-coded)。可以用任何适当的方式实施这一操作。由于编码本身是已知的，为了简单起见不再对其进行描述。

图7示出了在CMOS140nm工艺中设计的逐次逼近DAC的ADC中电容性感测元件120的仿真结果。x轴上的变量Lfinger用于改变电容性感测元件120的电容的变量，该变量在MSB电容器220₁的标称电容(nominalcapacitance)的4-152％范围内变化。从图7可以看出，在分辨率为每比特0.3％的情况下，作为电容性感测元件120电容的函数，可以得到传感器200的线性输出响应。

在这一点上，应注意到电容性感测元件120的使用不限于二进制加权ADC，而是可以同样适用于黄金比例编码器(GoldenRatioEncoder)和β编码器等。

可以用任何适当的方式实现传感器100和200。但是优选的是，将本发明的传感器单片地集成到IC中。更优选地，至少将对关注分析物(例如湿气)敏感的电容性元件120集成到IC后端，例如集成到IC的金属化叠层中或金属化叠层上。

图8示意性描述了具有基板10的IC，在基板10上形成了金属化叠层。这种金属化叠层典型地包括通过电绝缘(即介电层14)彼此电绝缘的图案化金属层12的叠层。不同金属化叠层12的金属部分可以通过通孔16彼此导电地耦合，这些通孔16穿过使得这些金属部分彼此分开的介电层14。基板10可以是任何适当的基板材料，例如单晶硅、SiGe、绝缘体上硅等等，并且可以承载多个电路元件，例如晶体管、二极管等等。

同样，可以任何适当的方式形成金属化叠层，并且金属化叠层可以包含任意适当数目的金属层12和介电层14。应该理解，这里仅以非限制性示例的方式示出了3个金属层。

在图2中，仅为了清楚起见，将每个金属层12和每个介电层14描述为单层。应该理解，这种层可以包括多个层叠的子层，例如在亚微米CMOS工艺中，可以使用叠层Ti，TiN，AlCu，TiN来定义金属化叠层中的单个金属层。

每个介电层14也可以包括多层。例如，这种介电层可以是包括FSG(氟硅酸盐玻璃)、SiO₂和HDP氧化物(高密度等离子体)的叠层或任何其它合适介电材料的组合。也可以采用其它合适的材料。

类似地，应该知道可以用多种材料形成通孔16。例如，利用上述CMOS14技术中，可以通过TiN衬里(liner)和W插头(plug)形成通孔16。其它半导体工艺可以使用不同材料，例如对金属层12和通孔16使用Cu。在图8中，公共电极126、电介质124和各个电极122设置在金属化叠层中。应该理解，图8所示的IC不是完整的设备。其它的层，例如钝化层(未显示)通常形成在金属化叠层上，例如以避免IC损坏。这些其它层可以部分的开口以将电容性感测元件120暴露到环境中，即允许由电介质124吸收关注分析物。

同样可行的是，将电容感测阵列形成在金属化叠层的顶部。有利的是，可以通过暴露到关注分析物中，来实现金属化叠层和/或下部电路元件的正确工作。例如，对于浸液传感器，大量的水会导致金属化叠层和/或下面电路短路。在该实施例中，可以在电容性感测元件120与金属化叠层之间形成不透湿(moisture-impenetrable)层(例如Ta₂O₅层)。通过不透湿层形成通孔以将电容性感测元件120的电极连接到下部的金属化叠层和电路元件。

应注意到，上述实施例用于示例性说明而不是限制本发明，在不偏离所附权利要求的范围的情况下，本领域的熟练技术人员能够设计许多备选的实施例。在这些权利要求中，括号中的任何附图标记不应解释为限制该权利要求。术语“包括”不排除除了那些列举在权利要求中的之外的其他元件或步骤。在元件之前的术语“一”或“某一”不排除存在多个这种元件。可以通过包含多个不同元件的硬件来实现本发明。在列举了多个装置的设备权利要求中，这些装置中的部分装置可以由同一硬件来实施。在彼此不同的从属权利要求中所记载的某些手段不代表这些手段的组合不能被使用以获益。

Claims (15)

1.一种用于感测关注分析物的传感器(100，200)，所述传感器包括多个电容性元件(120)，每个电容性元件包括被电介质(124)隔开的一对电极(122，126)，其中至少一个电容性元件的电介质的介电常数对关注分析物敏感，所述传感器还包括：

比较器(130，230)，适于将选定的电容性元件集合的电容与参考信号比较并产生比较结果信号，以及

控制器(150，250)，用于选择所述电容性元件集合，并响应于所述比较结果信号来迭代地更新对感测的关注分析物的等级加以指示的数字化值，所述数字化值是所选电容性元件集合中电容性元件的数目，其中所述传感器被布置为在完成迭代时输出所述数字化值。

2.根据权利要求1所述的传感器(100)，其中每个电容性元件的电介质(124)的介电常数取决于电介质中关注分析物的浓度，控制器(150)被配置为选择子集以使得子集的总容量保持恒定。

3.根据权利要求1所述的传感器(100)，其中所述多个电容性元件(120)包括：第一组电容性件，第一组电容性元件中的每个电容性元件具有第一最大容量；以及第二组电容性元件，第二组电容性元件中的每个电容性元件具有是第一最大容量倍数的最大容量。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的传感器(100，200)，其中比较器还包括频率匹配电路，用于将电容性元件(120)的RC时间与参考频率信号进行比较。

5.一种用于感测关注分析物的传感器(200)，其中，所述传感器包括多个电容性元件(120，220_1-n)，

所述多个电容性元件(120，220_1-n)定义了电荷定标数模转换器(210)，

所述多个电容性元件包括电介质(124)的介电常数对关注分析物的等级敏感的单个电容性元件(120)，所述单个电容性元件在传感器的模数转换模式中定义了数模转换器的最高有效位，

所述多个电容性元件还包括电介质的介电常数对关注分析物不敏感的另一电容性元件(220₁)，所述另一电容性元件在传感器的编程模式中定义了数模转换器的最高有效位；和

控制器(250)包括用于提供数字码的逐次逼近寄存器，控制器将所选的电容性元件上存储的电荷与参考信号进行比较，并响应于所产生的比较结果信号来更新逐次逼近码。

6.根据权利要求5所述的传感器(200)，其中电荷定标数模转换器(210)的最高N位是温度计编码的。

7.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的传感器(100，200)，其中所述电容性元件具有公共电极(126)。

8.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的传感器(100，200)，其中关注分析物是湿气。

9.一种集成电路，包括根据权利要求1-8中任一项所述的传感器(100，200)，其中所述电容性元件(120，220)形成在集成电路的金属化叠层中或所述金属化叠层上。

10.根据权利要求9所述的集成电路，其中所述电容性元件(120，220)的至少一个电极(122，126)形成在所述金属化叠层的金属层中。

11.根据权利要求9所述的集成电路，其中电容性元件(120)形成在所述金属化叠层上，所述集成电路还包括在电容性元件与金属化叠层之间的防湿层。

12.一种电子设备，包括根据权利要求9、10、11中任一项所述的集成电路。

13.一种确定关注分析物的等级的方法，包括

提供多个电容性元件(120)，每个电容性元件包括被电介质(124)隔开的一对电极(122，126)，其中至少一个电容性元件的电介质的介电常数对关注分析物敏感；

将选定的电容性元件集合的电容与参考信号进行比较并产生比较结果信号；

响应于所述比较结果信号来迭代地更新对感测的关注分析物的等级加以指示的数字化值，所述数字化值是所选电容性元件集合中电容性元件的数目；以及

在完成迭代之后产生对所确定的分析物的等级加以指示的数字化值。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

每个电容性元件(120)的电介质(124)的介电常数对关注分析物敏感；

迭代地选择电容性元件集合的步骤包括调整所述电容性元件集合中的电容性元件的数目，直到比较结果信号指示电容性元件集合中的电容性元件的总电容与参考信号匹配；并且

产生数字化信号的步骤包括在完成迭代之后产生对所选的电容性元件的数目加以指示的信号。

15.一种确定关注分析物的等级的方法，包括

提供多个电容性元件(120，220_1-n)，

所述电容性元件(120)中的单个电容性元件的电介质的介电常数对关注分析物敏感；

所述多个电容性元件定义了电荷定标数模转换器(210)，所述电荷定标数模转换器(210)包括所述单个电容性元件作为在数模转换模式中的最高有效位，以及包括电介质的介电常数对关注分析物不敏感的另一电容性元件(220₁)作为在编程模式中的最高有效位；

该方法还包括：

在所述编程模式中用参考电压对包括所述另一电容性元件的数模转换器进行编程；

通过用所述单个电容性元件替换所述另一电容性元件对数模转换器进行重新配置；

迭代地选择电容性元件集合的步骤包括顺序选择数模转换器的单个电容性元件并重复下述步骤：将所选的电容性元件上存储的电荷与参考信号进行比较，并响应于所产生的比较结果信号来更新逐次逼近码，直到数模转换模式中数模转换器的所有电容性元件已经与参考值比较；

其中产生数字化信号的步骤包括随后输出逐次逼近码。