CN104181404A - 半导体传感器输出噪声检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种半导体传感器输出噪声检测装置和方法，所述装置包括：检测接口，用于连接待检测传感器，向处理器传输所述待检测传感器测量获得的待检测测量值；参考传感器，用于根据外部物理量输出参考测量值；处理器，分别与所述检测接口和参考传感器连接，根据至少两个待检测测量值计算第一噪声，根据至少两个参考测量值计算第二噪声，并计算第一噪声和第二噪声的差作为输出噪声。由此，可获得由于生产工艺造成的输出噪声。由此，可以避免由于其他因素对输出噪声测量构成的负面影响。

Description

半导体传感器输出噪声检测装置和方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体涉及半导体传感器输出噪声检测装置和方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)是一种数字和模拟混合的系统，理想条件下，由于半导体加工工艺本身的特点，基于微机电系统的半导体传感器不可避免的具有输出噪声。通过检测半导体传感器的输出噪声可以获知加工过程的品质优劣程度，因此，对于半导体传感器的输出噪声检测是生产测试中进行品质控制的可选途径。

但是，半导体传感器的输出噪声并非仅由其加工的精密程度决定，检测由于生产工艺造成的输出噪声存在困难。

发明内容

有鉴于此，提供一种半导体传感器输出噪声检测装置和方法，使得由于生产工艺导致的输出噪声可以被精确测量，避免由于其他因素对输出噪声测量构成的负面影响。

第一方面，提供一种半导体传感器输出噪声检测装置，包括：

检测接口，用于连接待检测传感器，向处理器传输所述待检测传感器测量获得的待检测测量值；

参考传感器，与所述待检测传感器类型相同，用于根据外部物理量输出参考测量值；

处理器，分别与所述检测接口和所述参考传感器连接，根据至少两个待检测测量值计算第一噪声，根据至少两个参考测量值计算第二噪声，并计算第一噪声和第二噪声的差作为输出噪声。

优选地，所述参考传感器的精度高于或等于所述待检测传感器的精度。

优选地，所述第一噪声为所述至少两个待检测测量值的方差，所述第二噪声为所述至少两个参考测量值的方差。

优选地，所述输出噪声检测装置还包括：

低噪声电源，分别连接到所述检测接口、所述参考传感器和所述处理器，用于对所述待检测传感器、所述参考传感器和所述处理器提供低噪声的供电电压。

优选地，所述低噪声电源包括：

电压输入接口，用于输入电源电压；

输出可调线性稳压器，与所述电压输入接口连接，用于将所述电源电压转换为可调电压；

第一线性稳压器，与所述输出可调线性稳压器连接，用于将所述可调电压转换为第一供电电压输出到所述检测接口和所述参考传感器；

第二线性稳压器，与所述电压输入接口连接，用于将所述电源电压转换为第二供电电压输出到所述处理器。

优选地，所述待检测传感器和所述参考传感器为MEMS传感器。

第二方面，提供一种半导体传感器输出噪声检测方法，包括：

分别获取待检测传感器测量获得的至少两个待检测测量值和参考传感器测量获得的至少两个参考测量值，所述待检测测量值和所述参考测量值为将外部物理量同时施加于待检测传感器和参考传感器测量获得，所述参考传感器与所述待检测传感器类型相同；

根据所述至少两个待检测测量值计算第一噪声，根据所述至少两个参考测量值计算第二噪声；

计算所述第一噪声和所述第二噪声的差值作为所述待检测传感器的输出噪声。

优选地，所述参考传感器的精度高于或等于所述待检测传感器的精度。

优选地，所述第一噪声为所述至少两个待检测测量值的方差，所述第二噪声为所述至少两个参考测量值的方差。

优选地，所述方法还包括：

利用低噪声供电电压对所述待检测传感器和所述参考传感器供电。

通过设置参考传感器，通过测量参考传感器的输出噪声获取由于环境因素和系统因素造成的噪声，从测量获得的待检测传感器的噪声中减去参考传感器的输出噪声，即可获得由于生产工艺造成的输出噪声。由此，可以避免由于其他因素对输出噪声测量构成的负面影响。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的半导体传感器输出噪声检测装置的示意图；

图2是本发明实施例的低噪声电源的示意图；

图3是本发明实施例的半导体传感器输出噪声检测方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1是本发明实施例的半导体传感器输出噪声检测装置的示意图。如图1所示，半导体传感器输出检测装置1包括检测接口11、参考传感器12和处理器13。

检测接口11用于连接待检测传感器2，向处理器13传输待检测传感器2测量获得的待检测测量值。

在本实施例中，将待检测传感器2连接到半导体传感器输出检测装置1后检测输出的测量值称为待检测测量值，待检测测量值将作为输出噪声检测的基础。

参考传感器12用于根据外部物理量输出参考测量值。

在本实施例中，参考传感器12是与待检测传感器2类型相同的传感器，两者可以对相同的外部物理量，例如速度、加速度、磁力等等进行测量。也就是说，参考传感器12和待测量传感器2可以是速度传感器、加速度传感器、磁力传感器等各种类型的传感器。

同时，从工艺角度来说，参考传感器12和待检测传感器2可以均为MEMS传感器。

参考传感器12的作用在于其自身具有较低的输出噪声(也即，由生产工艺造成的噪声)，由此，可以对由外部环境造成的噪声进行较为精确的测量。也即，为了使得参考传感器12对于环境噪声测量得更加精确，其具有高于或等于待检测传感器2的精度。

处理器13分别与检测接口11和参考传感器12连接，根据至少两个待检测测量值计算第一噪声，根据至少两个参考测量值计算第二噪声，并计算第一噪声和第二噪声的差作为输出噪声。

优选地，处理器13可以通过I²C总线接口与检测接口11以及参考传感器12连接。

在实际的测试过程中，通过单独测试待检测传感器2得到的噪声参量一部分是由于其自身生产工艺原因造成的，还有一部分是由于外部环境造成的。具体而言，在单独测试过程中获得的待检测传感器2的输出噪声必然与传感器的供电电压噪声有关，同时还会与测试平台的噪声有关。例如，在测试中，加速度传感器以及陀螺仪的输出噪声与测试平台的振动噪声相关，而磁力计的输出噪声则与测试平台所处的磁场波动噪声相关。

在外部环境带来的噪声较大时，会使得整个测试结果失效。

本实施例的半导体传感器输出噪声检测装置通过设置一个具有低输出噪声(高精度)的参考传感器来对外部环境造成的噪声进行测量，通过处理器13基于待测试传感器2的多个待检测测量值计算第一噪声，基于参考传感器12的多个参考测量值计算第二噪声，其中，第二噪声的主要部分为外部环境导致的噪声，而第一噪声一部分为传感器的生产过程或生产工艺导致的输出噪声，一部分为外部环境导致的噪声，由此，计算第一噪声和第二噪声的差即可获得待检测传感器2的实际输出噪声(由生产过程或生产工艺造成的噪声)，其可以较好地反应待检测传感器的品质。

在一个优选实施方式中，所述第一噪声为至少两个待检测测量值的方差，所述第二噪声为至少两个参考测量值的方差。在利用方差进行计算时，各测量值为针对一相同外部物理量进行多次测量获得。方差是各个数据与平均数之差的平方的和的平均数，用字母D表示。方差可以用来度量随机变量和其数学期望(即均值)之间的偏离程度。

当然，本领域技术人员容易理解，获取的检测值数量越多，计算获得的方差值越接近实际噪声值。

同时，由于参考传感器12优选具有较高的精度，其与待检测传感器在测试中对外部物理量进行同时检测，两者的环境噪声完全相同，因此可以较好地测量外部环境导致的噪声，获得更加精确的实际输出噪声。

为了进一步减小误差，还可以利用低噪声电源14来减小由于供电电压导致的噪声。低噪声电源14分别连接到检测接口11、参考传感器12和处理器13，用于对待检测传感器2、参考传感器12和处理器13提供低噪声供电电压。在本实施例中，低噪声供电电压是指电压波动小、电压毛刺噪声小的供电电压。

具体地，如图2所示，低噪声电源包括电压输入接口14a、输出可调线性稳压器14b、第一线性稳压器14c和第二线性稳压器14d。

其中，电压输入接口14a用于输入电源电压v_in，其优选为5v直流电压。

输出可调线性稳压器14b与电压输入接口14a连接，用于将电源电压v_in转换为可调电压，其可以根据实际情况调节大小。优选地，通常将电源电压v_in转换为4v直流电压。

第一线性稳压器14c与输出可调线性稳压器14b的输出端连接，用于将可调电压转换为第一供电电压v1输出到检测接口11和参考传感器12。待检测传感器2在连接到检测接口11后，即可通过检测接口11获得第一供电电压进行工作。由于第一供电电压v1是经由两级线性稳压器转换获得，供电电压噪声被最小化。同时，由于第一供电电压v1同时输出为待检测传感器2和参考传感器12供电，即使出现噪声，也可以在基于参考传感器12的参考测量值获得的第二噪声中体现，进而从第一噪声中去除。

第二线性稳压器14d与电压输入接口14a连接，用于将电源电压转换为第二供电电压v2输出到处理器13。

优选地，第一供电电压v1和第二供电电压v2通常均可以为3.3V。

本实施例通过设置参考传感器，通过测量参考传感器的输出噪声获取由于环境因素和系统因素造成的噪声，从测量获得的待检测传感器的噪声中减去参考传感器的输出噪声，即可获得由于生产工艺造成的输出噪声。由此，可以避免由于其他因素对输出噪声测量构成的负面影响。

图3是本发明实施例的半导体传感器输出噪声检测方法的流程图。如图3所示，所述方法包括:

步骤310、分别获取待检测传感器测量获得的至少两个待检测测量值和参考传感器测量获得的至少两个参考测量值。

其中，待检测测量值和参考测量值为将外部物理量同时施加于待检测传感器和参考传感器测量获得。

在本实施例中，参考传感器是与待检测传感器类型相同的传感器，两者可以对相同的外部物理量，例如速度、加速度、磁力等等进行测量。也就是说，参考传感器和待测量传感器可以是速度传感器、加速度传感器、磁力传感器等各种类型的传感器。

同时，从工艺角度来说，参考传感器和待检测传感器可以均为MEMS传感器。

参考传感器的作用在于其自身具有较低的输出噪声(也即，由生产工艺造成的噪声)，由此，可以对由外部环境造成的噪声进行较为精确的测量。也即，为了使得参考传感器对于环境噪声测量的更加精确，其具有高于或等于待检测传感器的精度。

步骤320、根据所述至少两个待检测测量值计算第一噪声，根据所述至少两个参考测量值计算第二噪声。

步骤330、计算所述第一噪声和所述第二噪声的差值作为所述待检测传感器的输出噪声。

在实际的测试过程中，通过单独测试待检测传感器得到的噪声参量一部分是由于其自身生产工艺原因造成的，还有一部分是由于外部环境造成的。具体而言，在单独测试过程中获得的待检测传感器的输出噪声必然与传感器的供电电压噪声有关，同时还会与测试平台的噪声有关。例如，在测试中，加速度传感器以及陀螺仪的输出噪声与测试平台的振动噪声相关，而磁力计的输出噪声会与测试平台所处的磁场波动噪声相关。

本实施例通过设置一个具有低输出噪声的参考传感器来对外部环境造成的噪声进行测量，通过处理器基于待测试传感器的多个待检测测量值计算第一噪声，基于参考传感器的多个参考测量值计算第二噪声，其中，第二噪声的主要部分为外部环境导致的噪声，而第一噪声一部分为传感器的生产过程或生产工艺导致的输出噪声，一部分为外部环境导致的噪声，由此，计算第一噪声和第二噪声的差即可获得待检测传感器的实际输出噪声(由生产过程或生产工艺造成的噪声)，其可以较好地反应待检测传感器的品质。

在一个优选实施方式中，所述第一噪声为至少两个待检测测量值的方差，所述第二噪声为至少两个参考测量值的方差。在利用方差进行计算时，各测量值为针对一相同外部物理量进行多次测量获得。方差是各个数据与平均数之差的平方的和的平均数，用字母D表示。方差可以用来度量随机变量和其数学期望(即均值)之间的偏离程度。

当然，本领域技术人员容易理解，获取的检测值数量越多，计算获得的方差值越接近实际噪声值。

由于供电电压噪声也可能对于待检测传感器的输出噪声构成影响，因此，还可以进一步利用低噪声供电电压对所述待检测传感器和所述参考传感器供电。

本实施例通过设置参考传感器，通过测量参考传感器的输出噪声获取由于环境因素和系统因素造成的噪声，从测量获得的待检测传感器的噪声中减去参考传感器的输出噪声，即可获得由于生产工艺造成的输出噪声。由此，可以避免由于其他因素对输出噪声测量构成的负面影响。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体传感器输出噪声检测装置，包括：

检测接口，用于连接待检测传感器，向处理器传输所述待检测传感器测量获得的待检测测量值；

参考传感器，与待检测传感器类型相同，用于根据外部物理量输出参考测量值；

处理器，分别与所述检测接口和所述参考传感器连接，根据至少两个待检测测量值计算第一噪声，根据至少两个参考测量值计算第二噪声，并计算第一噪声和第二噪声的差作为输出噪声。

2.根据权利要求1所述的半导体传感器输出噪声检测装置，其特征在于，所述参考传感器的精度高于或等于所述待检测传感器的精度。

3.根据权利要求1所述的半导体传感器输出噪声检测装置，其特征在于，所述第一噪声为所述至少两个待检测测量值的方差，所述第二噪声为所述至少两个参考测量值的方差。

4.根据权利要求1所述的半导体传感器输出噪声检测装置，其特征在于，所述输出噪声检测装置还包括：

低噪声电源，分别连接到所述检测接口、所述参考传感器和所述处理器，用于对所述待检测传感器、所述参考传感器和所述处理器提供低噪声的供电电压。

5.根据权利要求4所述的半导体传感器输出噪声检测装置，其特征在于，所述低噪声电源包括：

电压输入接口，用于输入电源电压；

输出可调线性稳压器，与所述电压输入接口连接，用于将所述电源电压转换为可调电压；

第一线性稳压器，与所述输出可调线性稳压器连接，用于将所述可调电压转换为第一供电电压输出到所述检测接口和所述参考传感器；

第二线性稳压器，与所述电压输入接口连接，用于将所述电源电压转换为第二供电电压输出到所述处理器。

6.根据权利要求1所述的半导体传感器输出噪声检测装置，其特征在于，所述待检测传感器和所述参考传感器为MEMS传感器。

7.一种半导体传感器输出噪声检测方法，包括：

分别获取待检测传感器测量获得的至少两个待检测测量值和参考传感器测量获得的至少两个参考测量值，所述待检测测量值和所述参考测量值为将外部物理量同时施加于待检测传感器和参考传感器测量获得，所述参考传感器与所述待检测传感器类型相同；

根据所述至少两个待检测测量值计算第一噪声，根据所述至少两个参考测量值计算第二噪声；

计算所述第一噪声和所述第二噪声的差值作为所述待检测传感器的输出噪声。

8.根据权利要求7所述的半导体传感器输出噪声检测方法，其特征在于，所述参考传感器的精度高于或等于所述待检测传感器的精度。

9.根据权利要求7所述的半导体传感器输出噪声检测方法，其特征在于，所述第一噪声为所述至少两个待检测测量值的方差，所述第二噪声为所述至少两个参考测量值的方差。

10.根据权利要求7所述的半导体传感器输出噪声检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用低噪声供电电压对所述待检测传感器和所述参考传感器供电。