CN106556747B

CN106556747B - 电容测量

Info

Publication number: CN106556747B
Application number: CN201610848320.1A
Authority: CN
Inventors: C·S·比尔克; J·A·克利里; D·S·蒙提拉; E·A·莉丽斯; P·欧克纳; E·E·英格列斯; P·帕拉特; K·安布莱奇; W·瑞恩斯; J·克洛斯
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices Global ULC; Analog Devices International ULC
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: US9939476B2; CN106556747A; US20170089966A1

Abstract

本公开涉及电容测量。本发明的实施方案可以提供测量器件的未知电容的方法。该方法可包括如下步骤：向包括由具有未知电容的器件和基准电容器形成的分流器的电路系统驱动测试信号；将所述基准电容器中产生的电流镜像到包括测量阻抗的第二电路系统；测量第二电路系统内的电压；以及参考基准电容器的电容和测量阻抗，基于测得的电压来驱动未知电容的电容。

Description

电容测量

技术领域

本发明一般地涉及电容器件的未知电容的测量。

背景技术

平移系统用于数字照相机、录像机、移动电话、个人数字助理以及其它电子设备中。这些平移系统用于在电控制下移动机械系统(例如，透镜组件)，诸如自动聚焦或光图像稳定。在该平移系统中，驱动器集成的电路向执行器产生驱动信号，执行器转而驱动机械系统。驱动器响应于指示执行器的期望位置的输入命令来产生驱动信号。

执行器的实施例是微机电系统(MEMS)执行器。MEMS执行器典型地在应用于它的电流或电压量与其产生的位移量之间展现出非线性关系。 MEMS执行器响应也会在制造多个相同MEMS执行器设计之间变化。此外，诸如温度以及相对于重力的物理方位的运算因素会对MEMS执行器响应具有实质的影响。结果，开环控制的MEMS执行器不会到达输入命令所规定的期望位置，导致不精确的性能。

闭合控制可用于驱动MEMS执行器，使得闭合控制校正MEMS执行器的期望位置与实际位置之间的任何误差。然而，闭合控制采用代表 MEMS执行器的实际位置的反馈信号。然而，MEMS执行器的位置不能直接测得。

因此，本发明人认识到本领域对于测量MEMS执行器的位置的需要。

附图说明

从下面给出的详细说明以及附图中，将更充分地理解本发明。附图意在公开本发明的仅仅几个可能的实施例，因此不是限制本发明的范围。

图1图示出根据本发明的实施方案的测量电路。

图2图示出根据本发明的实施方案的测量电路。

图3图示出根据本发明的实施方案的测量电路。

图4图示出根据本发明的实施方案的测量电路。

图5图示出根据本发明的实施方案的致动系统的框图。

图6图示出根据本发明的实施方案的电容执行器的示范性的特性。

图7图示出根据本发明的实施方案的驱动器和电压测量电路。

图8图示出根据本发明的实施方案的驱动器和电压测量电路。

图9图示出根据本发明的实施方案的电压测量电路。

图10图示出根据本发明的实施方案的示范性的时序图。

图11图示出根据本发明的实施方案的示范性的时序图。

图12图示出根据本发明的实施方案的示范性的时序图。

图13是描绘根据本发明的实施方案取得电容器件的位置的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施方案可以提供测量器件的未知电容的方法。该方法可包括如下步骤：向包括由具有未知电容的器件和基准电容器形成的分流器的电路系统驱动测试信号；将产生于基准电容器的电流镜像到包括测量阻抗的第二电路系统；测量第二电路系统内的电压；以及参考基准电容器的电容和测量阻抗基于测得的电压来取得未知电容的电容。

本发明的实施方案可以提供用于测量器件的未知电容的集成电路。该集成电路可以包括：与输出端子耦合的电流源；与输出端子耦合的基准电容器；具有一对电流路径的电流镜像，第一电流路径包括基准电容器，第二电流路径包括测量阻抗；以及模拟数字转换器，具有与第二电流路径内的节点耦合的输入。

图1图示出根据本发明的实施方案的用于测量电容器件102的未知电容C_unknown的测量电路100。电路100可以包括电流源108、基准电容器109、电流镜像110、测量电容器111以及模拟数字转换器(ADC)112。电路100 可以具有与电容器件102的第一端子耦合的输出端子103。电容器件102 的第二端子可以与诸如电压源V_SS(地)的基准源耦合。ADC 112的输出可以输出到电路100的输出端子107以及输出到诸如处理器106的其他系统。

电流源108可以将测试电流i提供给电容器件102以及提供给基准电容器109。当与电容器件102耦合时，基准电容器109可以形成分流器。分流器的每个分支可以根据它们的相对电容来接收电流源108供给的测试电流i的一部分。电流i_ref因此可以流经基准电容器109。

电流镜像110可以包括二极管连接的晶体管N₁和第二晶体管N₂，第二晶体管N₂的栅极与第一晶体管N₁的栅极耦合。因此，在工作期间，第二晶体管可以通过与第一晶体管N₁所通过的电流i_ref成比例的电流i_meas。

测量电容器111可以将其两端的电压进位到由电流镜像110通过的电流i_meas所确定的电平。在图1所示的实施例中，测量电容器111被图示为连接在电压源(V_DD2)与电流镜像110之间。在该配置中，当电流镜像110 通过了电流i_meas时，在测量电容器111与电流镜像110之间的连接处建立的节点处的测量电压V_meas会降低。ADC 112可以将测量电压V_meas数字化。

在图1所示的配置中，电流源108可以经由开关S₁与另一电压源V_DD1耦合。图1的配置可利于应用于电容器件102的驱动电压V_DD1超过电路100 的电路元件的供给电压V_DD2的电路系统中。例如，在本发明的实施方案中，电压源可V_DD1以是55V，而电压源V_DD2可以是3.3V。然而，其他电路应用中，使用单个电压源(未示出)既用于驱动电容器件102又驱动电路100的电路元件是足够的。

开关S₁可以通过开关控制器(未示出)来控制以提供使能或禁用电流源108的选择性控制。开关S₁可以实现为晶体管(例如，FET，BJT等)，其被定尺寸以适应连接有电流源108的驱动电压V_DD1。当开关S₁被控制为关闭时，电流源108可以将测试电流提供给电容器件102以及基准电容器 109。这样可利于使得电流源108以固定幅值提供测试电流(当开关S₁关闭时)，在该情况下，通过电流源108提供的电荷量可通过开关保持关闭的时间段t来规定。

具有电容C_ref的基准电容器109可以通过电流镜像110从输出端子103 耦合到电路路径中。如所论述的，电容器109和电容器件102形成了分流器，对电流源108供给的测试电流i进行分流。因此，流经基准电容器109 的电流i_ref是通过电流源108供给的测试电流i的一部分，由电容C_ref和C_unknown 规定为：

如所述的，电流镜像110可以将电流i_ref作为的电流i_meas镜像到测量电容器111。电流镜像110显示为包括两个n沟道晶体管N₁和N₂，但是可应用其他配置。例如，晶体管N₁和N₂可以实现为任何其他类型的晶体管(例如，BJT)。并且，如下文所述，其他电流镜像可以被提供p型器件。在图 1所示的配置中，晶体管N₁和N₂可以使得它们的源极端子与电压源V_SS耦合，但是配置也可以变化。在简单的实现中，晶体管N₁和N₂可以被设置为具有相等的尺寸，并且因此，晶体管N₁和N₂所通过的电流可以彼此相等 (i_meas＝i_ref)。然而，如果期望，晶体管N₁和N₂的尺寸可不均等，在该情况下，晶体管N₂将通过对应于两个晶体管N₁和N₂的相对尺寸的电流i_meas (i_meas∝i_ref)。例如，电流i_meas可以是电流i_ref的因数：

i_meas＝αi_ref (2)

而且，在简单的配置中，基准电容器109和测量电容器111可被定尺寸而使得电容C_meas和C_ref相同(C_meas＝C_ref)。然而，如果需要，基准电容器 109和测量电容器111可按因数

非均等地加权为：

如所论述的，随着电流镜像110通过电流i_meas，电压可以产生于测量电容器111的两端。只要开关S₁关闭，电流i_meas就会流动，导致测量电压V_meas降低。当在时间段t后打开开关S₁时，测量电容器111两端的电压可以表达为：

将式(1)-(3)代入式(4)中，得到：

因此，ADC 112所产生的数字值可以根据下式来表示电容器件102的未知电容C_unknown：

应当注意的是，式(6)的右手侧的全部参数和变量可以是已知的、预先确定的，和/或测得的。处理器106可以例如通过直接数学计算来得到电容器件102的未知电容C_unknown。可选地，处理器106可以存储由ADC 112 输出的数字值索引的查找表，该查找表存储未知电容C_unknown的电容值。

一旦ADC 112已经产生了数字值，允许后续电容测量，则通过关闭耦合到测量电容器111两端的开关S₂而将测量电容器111两端的电压复位成零。类似于开关S₁，开关S₂可以实现为晶体管(例如，FET，BJT等)。

图2图示出根据本发明的实施方案的用于测量电容器件202的未知电容C_unknown的测量电路200，其中电流镜像可被提供p型器件。电路200可以包括电流源208、基准电容器209、电流镜像214、测量电容器211以及 ADC 212。电路200可以具有与电容器件202的第一端子耦合的输出端子 203。电容器件202的第二端子可以与高电压源V_DD1耦合。ADC 212的输出可以输出到电路200的输出端子207以及输出到诸如处理器206的其他系统。

电流源208可以将测试电流i提供给电容器件202以及提供给基准电容器209。当与电容器件202耦合时，基准电容器209可以形成分流器。分流器的每个分支可以根据它们的相对电容来接收由电流源208供给的测试电流i的一部分。因此电流i_ref可以流经基准电容器209。

电流镜像214可以包括二极管连接的晶体管P₁以及其栅极与第一晶体管P₁的栅极耦合的第二晶体管P₂。因此，在工作期间，第二晶体管P₂将通过与所述第一晶体管P₁通过的电流i_ref成比例的电流i_meas。

测量电容器211可以将其两端的电压进位到由电流镜像214通过的电流i_meas所确定的电平。在图2所示的实施例中，测量电容器211图示为连接在电流镜像214与电压源V_SS之间。在该配置中，当电流i_meas经过电流镜像214时，在测量电容器211与电流镜像214之间的连接处所建立的节点处的测量电压V_meas会升高。ADC 212可以将测量电压数字化V_meas。

在图 2所示的配置中，电流源208可以经由开关与电压源V_SS耦合。开关S₁可由开关控制器(未示出)控制以提供使能或禁用电流源208的选择性控制。当开关S₁被控制为关闭时，电流源208可以将测试电流提供给电容器件202以及提供给基准电容器209。电流源208可以固定幅值来提供测试电流(当开关S₁关闭时)。开关S₁保持关闭的时间段t因此可以确定电流源208所提供的电荷量。

具有电容C_ref的基准电容器209可以通过电流镜像214从输出端子203 耦合在电路路径中。如所论述的，电容器209和电容器件202形成了分流器，对电流源208供给的测试电流i进行分流。因此，流经基准电容器209 的电流i_ref是通过电流源208供给的测试电流的一部分，其由如上式(1) 表示的电容C_ref和C_unknown来规定。

如所论述，电流镜像214可以将电流i_ref镜像到测量电容器211作为电流i_meas。电流镜像214被显示为包括两个p沟道晶体管P₁和P₂，但是可应用其他配置。在图2所示的配置中，晶体管P₁可以使其源极端子与电压源 V_DD1耦合，晶体管P₁可使其源极端子与另一电压源V_DD2耦合。可选地，两个晶体管P₁和P₂可以使其源极端子与单一电压源(未示出)耦合。

在简单的实现中，晶体管P₁和P₂可以被设置为具有相等的尺寸，并且因此，晶体管P₁和P₂所通过的电流可以彼此相等(i_meas＝i_ref)。然而，如果需要，晶体管P₁和P₂的尺寸可以不相等，在该情况下，晶体管P₂将通过对应于两个晶体管P₁和P₂的相对尺寸的电流i_meas(i_meas∝i_ref)。例如，电流i_meas可以是式(2)中的电流i_ref的因数α。

同样，在简单的配置中，基准电容器209和测量电容器211可以被定尺寸而使得电容C_meas和C_ref相等(C_meas＝C_ref)。然而，如果需要，基准电容器209和测量电容器211可以按因数

尺寸不等，并且电容C_meas和C_ref可以表达为式(3)。

如所论述的，电压可以随着电流i_meas经过电流镜像214而产生于测量电容器211两端。只要开关S₁关闭，电流i_meas就会流动，使得测量电压V_meas升高。当在时间段t后开关S₁打开时，测量电容器211两端的电压可以表达为：

将式(1)-(3)代入式(7)，得到：

因此，通过ADC 212产生的数字值可以根据下式来表示电容器件202 的未知电容C_unknown：

式(9)的右手侧的全部参数和变量可是已知的、预先确定的和/或测得的。处理器206可以例如通过直接数学计算来取得电容器件202的未知电容C_unknown。可选地，处理器206可以存储按ADC 212输出的数字值索引的查找表，其存储有未知电容C_unknown的电容值。

一旦ADC 212已经产生数字值，允许后续的电容测量，则通过将耦合在测量电容器211两端的开关S₂关闭来将测量电容器211两端的电压复位为零。

图1和图2示出了电路配置，其中电容器件102/202和基准电容器 109/209并联地连接在输出节点103/203与共同电压基准之间。该配置不是所有实施方案都要求。在其他配置中，电容器件102可以在输出端子103 与第一电压源(即V_SS)之间延伸，并且基准电容器109可以设在输出端子 103与第二电压源(即，V_DD)之间的电路路径中。在该实施方案中，只要电容器件102和基准电容器109协作作为分流器，图1和图2所述的测量技术仍是适当的。在一些配置中，基准电容器和测量电容器可由其他阻抗器件例如电阻器替代。

图3示出了根据本发明的实施方案的用于测量电容器件202的未知电容C_unknown的测量电路300。电路300可以包括电流源308、基准电容器309、电流镜像310、测量电容器311、ADC 312以及“注入”电流源316。电路 300类似于图1的电路100，除了电流源309可以连接到低电压源V_SS侧之外，从而需要注入电流源316，如下文所述。电路300可以具有与电容器件302的第一端子耦合的输出端子303。电容器件302的第二端子可以与高电压源V_DD1耦合。ADC312的输出可以输出到电路300的输出端子307 以及输出到诸如处理器306的其他系统。

电流源308可以提供测试电流i，向电容器件302拉电流以及从基准电容器309灌电流i_ref。当与电容器件302耦合时，基准电容器309中可以形成分流器。分流器的每个分支可以根据它们的相对电容而贡献由电流源 308提供的测试电流i的一部分。

注入电流源316可以在通过基准电容器309和电流镜像310的连接形成的节点处以第二电平i_bleed供给电流。电流源308和注入电流源316可以配合以通过电流镜像310的第一分支来供给聚合电流i_bleed–i_ref。实际上，注入电流i_bleed可以被定大小而确保聚合电流对于未知电容C_unknown的全部实际值都是正的(即，i_bleed>i_ref)。

电流镜像310可以包括二极管连接的晶体管N₁以及使其栅极与第一晶体管N₁的栅极耦合的第二晶体管N₂。在工作期间，第二晶体管N₂可以通过与第一晶体管N₁所通过的聚合电流i_bleed–i_ref成比例的电流i_meas。

测量电容器311可以将其两端的电压进位到由电流镜像310通过的电流i_meas所确定的电平。在图3所示的实施例中，测量电容器311图示为连接在电压源V_DD2与电流镜像310之间。在该配置中，当电流i_meas被电流镜像310通过时，在测量电容器311与电流镜像310之间的连接处所建立的节点处的测量电压V_meas会降低。ADC 312可以将测量电压V_meas数字化。

在图3所示的配置中，电流源308可以经由开关S₁与电压源V_SS耦合。开关S₁可由开关控制器(未示出)控制以提供使能或禁用电流源308的选择性控制。当开关S₁被控制为关闭时，电流源308可以将测试电流提供给电容器件302以及提供给基准电容器309。电流源308可以提供固定幅值的测试电流(当开关S₁关闭时)。开关S₁保持关闭的时间段t可因此确定电流源308所提供的电荷量。

具有电容C_ref的基准电容器309可以通过电流镜像310从输出端子303 耦合到电路路径中。如所论述的，电容器309和电容器件302形成分流器，对电流源308供给的测试电流i进行分流。因此，流经基准电容器309的电流i_ref是由电流源308供给的测试电流i的部分，由上面的式(1)表示的电容C_ref和C_unknown所规定的。

如所论述的，电流镜像310可以将聚合电流i_bleed–i_ref镜像到测量电容器 311作为电流i_meas。电流镜像310显示为包括两个n沟道晶体管N₁和N₂，但是可应用其它配置。在图3所示的配置中，晶体管N₁和N₂可以使其源极端子与电压源V_SS耦合，但是同样，配置可变化。

在简单的实现方式中，晶体管N₁和N₂可以被设置成具有相等的尺寸，并且因此，晶体管N₁和N₂所通过的电流可以彼此相等(i_meas＝i_bleed-i_ref)。然而，如果需要，晶体管N₁和N₂的大小可不等，在该情况下，晶体管N₂将通过对应于两个晶体管的相对尺寸的电流i_meas(i_meas∝(i_bleed-i_ref)。例如，电流i_meas可以是聚合电流i_bleed–i_ref的因数a：

i_meas＝α(i_bleed-i_ref) (10)

而且，在简单的配置中，基准电容器309和测量电容器311可以被定尺寸而使得电容C_meas和C_ref相等(C_meas＝C_ref)。然而，如果需要，基准电容器309和测量电容器311的尺寸可以按因数不等，并且电容C_meas和C_ref可以表达如式(3)。

如所论述的，随着电流镜像310通过电流i_meas，电压可以产生于测量电容器311的两端。只要开关S₁关闭，电流i_meas就会流动，导致测量电压 V_meas下降。当开关在时间段t后打开时，测量电容器311两端的电压可表达为：

将式(1)、(3)和(10)代入式(11)，得到：

因此，通过ADC 312产生的数字值可以根据下式来表示电容器件302 的未知电容C_unknown：

在式(13)的右手侧的全部参数和变量可以是已知的，预先确定的，和/或测得的。处理器306可以通过例如直接数学计算来得到电容器件302 的未知电容C_unknown。可选地，处理器306可以存储由ADC 312输出的数字值索引的查找表，该查找表存储未知电容C_unknown的电容值。

一旦ADC 312已经产生了数字值，允许后续电容测量，则通过关闭耦合到测量电容器311两端的开关S₂而将测量电容器311两端的电压复位成零。

图4图示出根据本发明的实施方案的用于测量电容器件402的未知电容C_unknown的测量电路400。电路400可以包括电流源408、基准电容器409、电流镜像414、测量电容器411、ADC 412以及“注入”电流源416。电路 400类似于图2的电路200，除了电流源408可以连接到高电压源V_DD1侧之外，从而需要注入电流源416，如下文所述。电路400可以具有与电容器件402的第一端子耦合的输出端子403。电容器件402的第二端子可以与高电压源V_DD1耦合。ADC412的输出可以输出到电路400的输出端子407 以及输出到诸如处理器406的其他系统。

电流源408可以提供测试电流i，向电容器件402拉电流以及从基准电容器309灌电流i_ref。当与电容器件402耦合时，基准电容器409中可以形成分流器。分流器的每个分支可以根据它们的相对电容而贡献由电流源 408提供的测试电流i的一部分。

注入电流源416可以在通过基准电容器409和电流镜像414的连接形成的节点处以第二电平i_bleed供给电流。电流源408和注入电流源416可以配合以通过电流镜像414的第一分支来供给聚合电流i_bleed–i_ref。实际上，注入电流i_bleed可以被定大小而确保聚合电流对于未知电容C_unknown的全部实际值都是正的(即，i_bleed>i_ref)。

电流镜像414可以包括二极管连接的晶体管P₁以及使其栅极与第一晶体管P₁的栅极耦合的第二晶体管P₂。在工作期间，第二晶体管P₂可以通过与第一晶体管P₁所通过的聚合电流i_bleed–i_ref成比例的电流i_meas。

测量电容器411可以将其两端的电压进位到由电流镜像414通过的电流i_meas所确定的电平。在图4所示的实施例中，测量电容器411图示为连接在电流镜像414与电压源V_SS之间。在该配置中，当电流i_meas被电流镜像 310通过时，在测量电容器411与电流镜像414之间的连接处所建立的节点处的测量电压V_meas会升高。ADC 412可以将测量电压V_meas数字化。

在图4所示的配置中，电流源408可以经由开关S₁与电压源V_DD1耦合。开关S₁可由开关控制器(未示出)控制以提供使能或禁用电流源408的选择性控制。当开关S₁被控制为关闭时，电流源408可以将测试电流提供给电容器件402以及提供给基准电容器409。电流源408可以提供固定幅值的测试电流(当开关S₁关闭时)。开关S₁保持关闭的时间段t可因此确定电流源408所提供的电荷量。

具有电容C_ref的基准电容器409可以通过电流镜像414从输出端子403 耦合到电路路径中。如所论述的，电容器409和电容器件402形成分流器，对电流源408供给的测试电流i进行分流。因此，流经基准电容器409的电流i_ref是由电流源408供给的测试电流i的部分，由上面的式(1)表示的电容C_ref和C_unknown所规定的。

如所论述的，电流镜像414可以将聚合电流i_bleed–i_ref镜像到测量电容器 411作为电流i_meas。电流镜像414显示为包括两个p沟道晶体管P₁和P₂，但是可应用其它配置。在图4所示的配置中，晶体管P₁可以使其源极端子与电压源V_DD1耦合，并且晶体管P₁可使其源极端子与另一电压源V_DD2耦合。可选地，晶体管P₁和P₂可使其源极端子与单个电压源(未示出)耦合。

在简单的实现方式中，晶体管P₁和P₂可以被设置成具有相等的尺寸，并且因此，晶体管P₁和P₂所通过的电流可以彼此相等(i_meas＝i_bleed-i_ref)。然而，如果需要，晶体管P₁和P₂的大小可不等，在该情况下，晶体管N₂将通过对应于两个晶体管P₁和P₂的相对尺寸的电流i_meas(i_meas∝(i_bleed-i_ref)。例如，电流i_meas可以是如上面的式(10)中的聚合电流i_bleed–i_ref的因数a。

同样，在简单的配置中，基准电容器409和测量电容器411可被定尺寸而使得电容C_meas和C_ref相等(C_meas＝C_ref)。然而，如果需要，基准电容器 409和测量电容器411的尺寸可以按因数

不等，并且电容C_meas和C_ref可以表达为上面的式(3)。

如所论述的，随着电流镜像414通过电流i_meas，电压可产生在测量电容器411的两端。只要开关S₁关闭，电流i_meas就会流动，导致测量电压V_meas升高。当在时间段t后打开时，测量电容器411两端的电压可表达为：

将式(1)、(3)和(10)代入式(14)中，得到：

因此，通过ADC 412产生的数字值可以根据下式表示电容器件402 的未知电容C_unknown：

在式(16)的右手侧的全部参数和变量可以是已知的，预先确定的，和/或测得的。处理器406可以通过例如直接数学计算来得到电容器件402 的未知电容C_unknown。可选地，处理器406可以存储由ADC 412输出的数字值索引的查找表，该查找表存储未知电容C_unknown的电容值。

一旦ADC 412已经产生了数字值，允许后续电容测量，则通过关闭耦合到测量电容器411两端的开关S₂而将测量电容器411两端的电压复位成零。

图5示出了根据本发明的实施方案的用于与器件520连接的电容执行器502的致动系统的框图。致动系统可包括电路500、电压测量电路505 以及处理器506。电路500可以包括向执行器502提供驱动信号的驱动器 501以及产生代表了执行器502的电容的电压的电压测量电路504。电压测量电路505可以测量电容执行器502两端的电压。虽然显示为与电路500 分离，但是在一些实施方案中，电压测量电路505可以与电路500一体。图7和图8中图示出电路500的具体实施例，这些将描述于下文。在图9 中图示出电压测量电路505的具体实施例，下文进行说明，处理器506可以包括位置设定系统522、控制器524、电容取得系统526以及位置取得系统528。

电路500的驱动器501可以将电流施加于执行器502以改变器件520 的位置。执行器502的实施例可以是微机电系统(MEMS)执行器，其可以是悬臂梁或梳状结构的形式。器件520，例如透镜组件，可以附到执行器502的悬臂梁或梳状结构。当驱动器501向执行器502施加电流时，悬臂梁或梳状结构可以移位，改变器件520的位置。执行器502的位移会导致执行器502的电容的变化。

如所论述的，第一电压测量电路504可以产生表示执行器502的电容的电压。电路500可以将产生的电压转换成数字值以及将其输出到处理器 506。处理器506的电容取得系统526可以基于表示产生电压的数字值来取得执行器502的电容，例如通过直接数学计算。可选地，处理器506可以存储由电压测量电路504输出的数字值索引的查找表，该查找表存储有执行器502的电容值。取得的电容可提供给位置取得系统528和控制器 524。

处理器506的位置取得系统528随后可以基于取得的电容来取得执行器502的实际位置。处理器506可以存储由来自电容取得系统528的电容值索引的另一查找表，其中存储有执行器502的位置值。

位置设定系统522可以提供指示执行器502(以及器件520)的期望位置的命令信号。处理器506可因此计算期望位置与位置取得系统528取得的实际位置之间的位置误差信号，并且将位置误差信号提供给控制器 524。

如所论述，诸如温度和相对于重力的物理方位的运算因数可以对电容执行器具有实质的影响。因此，当将该执行器驱动到期望位置时，期望考虑到重力。图6图示出在不同的重力下电容执行器的示范性的特性600。特别地，图6图示出在零重力(曲线672)、正重力(曲线674)和负重力 (曲线676)下电容执行器的一组代表性的位移对电压传递曲线。应当理解，在位移对电压域中可以存在多个这样的传递曲线。对于给定的执行器，可以在例如执行器校准期间获得这些传递曲线，并且将其存储为查找表。可选地，因为存在电容执行器的位移与其电容之间的线性关系，所以不同的重力的电容对电压传递曲线可被获得且存储为查找表。如图6中所看到的，给定的电压V可以对应于根据重力的三个不同的位移D₁,D₂,和D₃。因此，如果电容执行器两端的电压及其实际位置(或电容)已知，则作用于执行器上的重力可从查找表中导出。驱动执行器到期望位置所需的电荷量随后可从对应于导出的重力的查找表中取得。

因此，返回参考图5，电压测量电路505可以用来测量电容执行器502 两端的电压，将其数字化成数字值，并且将其提供给处理器506的控制器 524。

基于来自电压测量电路505的数字化电压以及来自电容取得系统526 的取得的电容，控制器524可导出作用于执行器上的重力。处理器506可以存储由电容和电压值索引的多个电容对电压传递曲线查找表或子表。控制器524随后可以基于对应于导出的重力的传递曲线查找表来计算将执行器驱动到期望位置所需的电荷量。控制器524可以进一步将所需的电荷量转换成控制信号(例如，驱动电流的持续时间)并且将其提供给电路500 的驱动器501，从而将位置误差信号驱动到零，在该情况下执行器502的实际位置处于期望位置。

图7图示出根据本发明的实施方案的用于具有可变电容C_mems且连接到器件720的电容执行器702的驱动器和电压测量电路700。不同于图1-4 的电路，电路700可允许电流被拉到电容执行器702以及从电容执行器702 灌电流，同时允许在两种情形下的电容测量。电路700可包括第一电流源 708、第二电流宿730、基准电容器709、电流镜像710、测量电容器711、 ADC 712、第一注入电流源716以及第二注入电流源734。

电路700可以具有与电容执行器702的第一端子耦合的输出端子703。电容执行器702的第二端子可以与低电压源V_SS耦合。ADC 712的输出可以输出到电路700的输出端子707以及输出到诸如处理器706的其它系统。

电流源708可以提供电流i以对电容器件702和基准电容器709进行充电。电流宿730可以提供电流i以对电容执行器702和基准电容器709 进行放电。如下文所述，电流源708和电流宿730可在电容执行器702的驱动间隔和电容测量间隔期间使用。当与电容执行器702耦合时，基准电容器709可以形成分流器。分流器的每个分支可以根据它们的相对电容而从电流源708或者电流宿730接收电流i的一部分。电流i_ref因此可以流经基准电容器709。使用图7所示的箭头的惯例，当电流源708被使能时，电流i_ref可以是正的，而当电流宿730被使能时，电流i_ref可以是负的。

电流镜像710可以包括晶体管N₁以及使其栅极与第一晶体管N₁的栅极耦合的第二晶体管N₂。因为电流可以相对于晶体管N₁的电流路径是正的或负的，所以注入电流源716可以被定大小而确保对于未知电容C_unknown的全部实际值聚合电流i_bleed+i_ref都是正的。然而，在负电流i_ref变得在幅值上大于电流i_bleed的异常操作期间，第一比较器A₁以及第二比较器A₂，连同第三晶体管N₃一起，可以被提供以便有效地禁用电流镜像710。因此，在正常工作期间，第二晶体管N₂可以通过与第一晶体管N₁通过的聚合电流i_bleed+i_ref成比例的电流i_mirror。在简单的实现中，晶体管N₁和N₂可被设置成具有相等的尺寸，并且因此，晶体管P₁和P₂所通过的电流可以彼此相等 (i_mirror＝i_bleed+i_ref)。

测量电容器711可以将其两端的电压进位到电流i_meas所确定的电平。在图7所示的实施例中，测量电容器711图示为连接在电流镜像710与电压源V_DD2之间，注入电流源734连接到其两端。注入电流源734可有意地被配置为类似于注入电流源716供给电流i_bleed。在该配置中，当尺寸相等时，电流i_meas可因此等于电流i_ref(即，i_maes＝i_mirror-i_bleed＝i_ref)。随着电流 i_meas通过测量电容器711，在测量电容器711与电流镜像710之间的连接处所建立的解决的处的测量电压V_meas会降低。ADC 712可以将测量电压V_meas数字化。

在图7所示的配置中，电流源708可经由开关S₁与电压源V_DD1耦合。开关S₁可由开关控制器(未示出)控制以提供使能或禁用电流源708的选择性控制。当开关S₁被控制为关闭时，电流源708可以将充电电流提供给电容执行器702以及提供给基准电容器709。电流源708可以提供固定幅值的充电电流(当开关S₁关闭时)。开关S₁保持关闭的时间段t可因此确定由电流源708提供的电荷量。

电流宿730可以经由开关S₃与电压源V_SS耦合。开关S₃可由开关控制器控制以提供使能或禁用电流宿730的选择性控制。当开关S₃被控制为关闭时，电流宿730可以将放电电流提供给电容执行器702以及提供给基准电容器709。电流宿730可以提供固定幅值的放电电流(当开关S₃关闭时)。开关S₃保持关闭的时间段t可因此确定电流宿730所去除的电荷量。应当注意的是，一次仅开关S₁和S₃之间之一可关闭。换言之，电流源708和730 不能同时启用。

具有电容C_ref的基准电容器709可以通过电流镜像710从输出端子703 耦合到电路路径中。如所述，电容器709和电容执行器702形成分流器，将来自电流源708或电流宿730的电流i分流。因此，流经基准电容器709 的电流i_ref是来自电流源708或电流宿730的电流i的一部分，由电容C_ref和C_mems规定表示为：

如所述，电流镜像710可以将聚合电流i_bleed+i_ref镜像为i_mirror。电流镜像 710显示为包括两个n沟道晶体管N₁和N₂，但是可应用其它配置。在图7 所示的配置中，晶体管N₁和N₂可以使其源极端子与电压源V_SS耦合。比较器A₁可使其输出连接到晶体管N₁的栅极，其负输入连接到晶体管N₁的漏极，其正端子连接到电压源V_ref。比较器A₂使其输出连接到第三晶体管N₃的栅极，其负输入连接到晶体管N₃的源极，其正端子连接到电压源V_ref。在不可能的情形下，当负电流i_ref的幅值大于电流i_bleed的幅值(例如，由于非期望的未知电容C_unknown)，在晶体管N₁和N₂的漏极端子处的电压会超过电压源V_ref。在该情况下，比较器A₁和A₂可以分别禁用晶体管N₁和N₃，有效地禁用电流镜像710，而不干扰电容执行器702的工作。

在简单的实现中，晶体管N₁和N₂可设置成具有相等的尺寸，并且因此晶体管N₁和N₂所通过的电流可彼此相等(i_mirror＝i_bleed+i_ref)。然而，如果需要，晶体管N₁和N₂可以尺寸不等，在该情况下，晶体管N₂将通过对应于两个晶体管N₁和N₂的相对尺寸的电流i_mirror(i_mirror∝(i_bleed+i_ref)。为简化，下面的分析将假设相等尺寸的晶体管N₁和N₂。本领域技术人员将意识到，下面的分析可按标定因素进行扩增以适应两个晶体管N₁和N₂的相对尺寸。

同样，在简单的配置中，基准电容器709和测量电容器711可被定尺寸而使得电容C_meas和C_ref相同(C_meas＝C_ref)。然而，如果需要，基准电容器 709和测量电容器711可以按因数尺寸不等，并且电容C_meas和C_ref可以表达如上式(3)。

如所论述的，随着电流i_meas通过其中，电压可产生于测量电容器711 的两端。只要开关S₁或开关S₃关闭，电流i_meas就会流动，分别导致测量电压V_meas降低或升高。当在时间段t后开关S₁或开关S₃打开时，测量电容器 711两端的电压可表达为：

将式(17)代入式(18)中，得到：

因此，ADC 712所产生的数字值可以根据下式来表示电容执行器702 的可变电容C_mems：

一旦ADC 712已经产生了数字值，允许后续的电容测量，通过关闭耦合在测量电容器711两端的开关S₂，测量电容器711两端的电压可复位为零。

在式(20)的右手侧的全部的参数和变量可以是已知的，预先确定的和/或测得的。处理器706可以例如通过直接数学计算来取得电容器执行器 702的电容C_mems。可选地，处理器706可以存储按ADC 712输出的数字值索引的查找表，其中存储有电容C_mems的电容值。类似图5的系统，处理器 706可以进一步基于取得的电容C_mems来取得电容执行器702的实际位置并且可以产生相比于电容执行器702的期望位置的位置误差信号。处理器706 中的控制器(未示出)随后可以基于位置误差信号、取得的电容C_mems和通过电压测量电路705测得的电压来产生命令信号，并且将其传送到开关控制器以相应地控制开关S₁和S₃来对电容执行器702充电放电，使得位置误差信号可被驱动到零。

图8图示出根据本发明的实施方案的用于具有可变电容且连接到器件 820的电容执行器802的驱动器和电压测量电路800。类似图7的电路700，电路800可允许电流被拉到电容执行器802以及从电容执行器802灌入，同时允许在两种情形下的电容测量。然而，电路800不需要任何注入电流源。电路800可以包括第一电流源808、第二电流宿830、基准电容器809、第一电流镜像810、第二电流镜像814、源电容器811、宿电容器813以及 ADC 812。

电路800可以具有与电容执行器802的第一端子耦合的输出端子803。电容执行器802的第二端子可以与低电压源V_SS耦合。ADC 812的输出可以输出到电路800的输出端子807以及输出到诸如处理器806的其它系统。电流源808可以提供电流i以对电容器件802和基准电容器809进行充电。电流宿830可以提供电流i以对电容执行器802和基准电容器809进行放电。如下文所述，电流源808和电流宿830可以在电容执行器802的驱动间隔和电容测量间隔内使用。当与电容执行器802耦合时，基准电容器809 可以形成分流器。该分流器的每个分支可以根据它们的相对电容而从电流源808或电流宿830接收电流i的一部分。电流i_ref因此可以流经基准电容器809。使用图8所示的箭头的惯例，当电流源808被启动时，电流i_ref可以是正的，当电流宿830被启用时，电流i_ref可以是负的。

当电流源808被启用时(以及电流宿830被禁用)时，通过打开开关 S₂和关闭开关S₄，可以采用电流镜像810。电流镜像810可以包括二极管连接晶体管N₁以及使其栅极与第一晶体管N₁的栅极耦合的第二晶体管N₂。因此，在操作期间内，第二晶体管N₂可以通过与第一晶体管N₁通过的电流 i_ref成比例的电流i_source。

源电容器811可以将其两端的电压进位到由电流i_source所确定的电平。在图8所示的实施例中，源电容器811图示为连接在电流镜像810与电压源V_DD2之间。在该配置中，当电流i_source被电流镜像810通过且开关S₅关闭且开关S₆打开时，在源电容器811与电流镜像810之间的连接处所建立的节点处的测量电压V_meas会降低。ADC 812可将测量电压V_meas数字化。

当电流宿830被启用时(并且电流源808被禁用时)，通过关闭开关 S₂以及打开开关S₄，可采用电流镜像814。电流镜像814可以包括二极管 P₁连接的晶体管以及使其栅极与第一晶体管P₁的栅极耦合的第二晶体管 P₂。因此，在工作期间，第二晶体管P₂可以通过与第一晶体管P₁通过的电流i_ref成比例的电流i_sink。

宿电容器813可以将其两端的电压进位到由电流i_sink确定的电平。在图 8所示的实施例中，宿电容器813图示为连接在电流镜像814与电压源V_SS之间。在该配置中，当电流i_sink被电流镜像814通过且开关S₆关闭且开关 S₅打开时，在宿电容器813与电流镜像814之间的连接处所建立的节点处的测量电压V_meas可以升高。再有，ADC 812可以将测量电压V_meas数字化。

在图8中所示的配置中，电流源808可以经由开关S₁与电压源V_DD1耦合。开关S₁可通过开关控制器(未示出)控制以提供使能或禁用电流源808 的选择性控制。当开关S₁被控制为关闭时，电流源808可以将充电电流提供给电容执行器802且提供给基准电容器809。电流源808可以提供固定幅值的充电电流(当开关S₁关闭时)。开关S₁保持关闭的时间段t可因此确定由电流源808所提供的电荷量。

电流宿830可以经由开关S₃与电压源V_SS耦合。开关S₃可通过开关控制器来控制以提供使能或禁用电流宿830的选择性控制。当开关S₃被控制为关闭时，电流宿830可以将放电电流提供给电容执行器802以及提供给基准电容器809。电流宿830可以提供固定幅值的放电电流(当开关S₃关闭时)。开关S₃保持关闭的时间段t可以因此确定由电流宿830去除的电荷量。应当注意，一次仅关闭开关S₁和S₃中的一个。换言之，电流源808和 830不可以同时启用。

具有电容C_ref的基准电容器809可以通过电流镜像810和814从输出端子803耦合到电路路径中。如所述的，电容器809和电容执行器802形成分流器，对来自电流源808或电流宿830的电流i进行分流。因此，流经基准电容器809的电流i_ref是来自电流源808或电流宿830的电流i的一部分，其由电容C_ref和C_mems规定，上面的式(17)所表示的。

如所述，当电流源808被启用时(开关S₁关闭)，电流镜像810可以作为电流i_ref镜像到作为电流i_source的源电容器811。电流镜像810显示为包括两个n沟道晶体管N₁和N₂，但是可采用其它配置。在图8所示的配置中，晶体管N₁和N₂可使其源极端子与电压源V_ref耦合，同样配置可变化。

在简单的实现中，晶体管N₁和N₂可被设置成具有相等的尺寸，并且因此晶体管N₁和N₂所通过的电流可彼此相等(i_source∝i_ref)。然而，如果需要，晶体管可尺寸不等，在该情况下，晶体管将通过对应于两个晶体管N₁和N₂的相对尺寸的电流i_source(i_source∝i_ref)。例如，电流i_source可以是电流i_ref的因数α_source如下：

i_source＝α_sourcei_ref (21)

同样，在简单的配置中，基准电容器809和源电容器811可被定尺寸而使得电容C_source和C_ref相等(C_source＝C_ref)。然而，如果需要，基准电容器 809和源电容器811可以按因数

尺寸不等，并且电容C_source和C_ref可表达为：

如所述，随着电流i_source通过源电容器811，在源电容器811的两端产生电压。只要开关S₁关闭，电流i_source就会流动，导致测量电压V_meas(开关 S₅关闭)下降。当开关S₁在时间段t后打开时，源电容器811两端的电压可表达为：

将式(17)、(21)和(22)代入式(23)，得到：

因此，通过ADC 812产生的数字值可以根据下式来表示充电后的电容执行器802的可变电容C_mems：

一旦ADC 812已经产生数字值，允许后续的电容测量，通过关闭耦合在测量电容器811两端的开关S₂，源电容器811两端的电压可复位为零。

如所述，当电流宿830被启用时(开关S₃关闭)，电流镜像814可以作为电流i_ref镜像到作为电流i_sink的宿电容器813。电流镜像814显示为包括两个p沟道晶体管P₁和P₂，但是可采用其它配置，在图8所示的配置中，两个晶体管P₁和P₂可使其源极端子与电压源V_ref耦合。

在简单的实现中，晶体管P₁和P₂可设置成具有相等的尺寸，并且因此，晶体管P₁和P₂所通过的电流可以彼此相等(i_sink＝i_ref)。然而，如果需要，晶体管P₁和P₂可以尺寸不等，在该情况下，晶体管将通过对应于两个晶体管P₁和P₂的相对尺寸的电流i_sink(i_sink∝i_ref)。例如，电流i_sink可以是电流i_ref的因数α_sink如下：

i_sink＝α_sinki_ref (26)

同样，在简单的配置中，基准电容器809和宿电容器813可被定尺寸而使得电容C_sink和C_ref相等(C_sink＝C_ref)。然而，如果需要，基准电容器809 和宿电容器813可以按因数

而尺寸不等，并且电容C_sink和C_ref可表达为：

如所述，随着电流i_sink通过宿电容器813，在宿电容器813两端可产生电压。只要开关S₃关闭，电流i_sink就会流动，导致测量电压V_meas(开关S₆关闭)升高。当开关S₃在时间段t后打开时，宿电容器813两端的电压可表达为：

将式(17)、(26)和(27)代入式(28)，得到：

因此，通过ADC 812产生的数字值可以根据下式表示放电后电容执行器802的可变电容C_mems：

一旦ADC 812已经产生数字值，允许后续的电容测量，通过关闭耦合在测量电容器813两端的开关S₄，可以将宿电容器813两端的电压复位为零。

在式(25)和(30)的右手侧的全部参数和变量可以是已知的，预先确定的和/或测得的。处理器806可以例如通过直接数学计算来取得电容执行器802的电容C_mems。可选地，处理器806可以存储按ADC 812输出的数字值索引的查找表，其中存储电容C_mems的电容值。类似图5的系统，处理器806可以进一步基于取得的电容C_mems来取得电容执行器802的实际位置并且可以产生相比于电容执行器802的期望位置的位置误差信号。处理器 806中的控制器(未示出)随后可以基于位置误差信号、取得的电容C_mems和通过电压测量电路805测得的电压来产生命令信号，并且将其传送给开关控制器以相应地控制开关S₁和S₃以便对电容执行器802进行充电或放电，使得位置误差信号可被驱动零。

图9图示出根据本发明的实施方案的测量与器件920连接的电容执行器902两端的电压的电压测量电路905。电路905可以用在分别是用于电压测量电路705和805的图7和图8中的配置中。电路905可以包括电流源962、晶体管网络963、分压器964以及ADC 965。

电流源962可以将电流i拉到晶体网络963。晶体管网络963可以将输出端子966处的电压V_mems镜像到分压器964。分压器964可以将电压V_mems降级到电压V_out并且将其提供给ADC 965。ADC 965可以将电压V_out数字化并且经由电路905的输出端子967将其输出到处理器906。

在图9所示的配置中，电流源962可以耦合到电压源V_DD1，并且将预定幅值(例如，0.5μA)的电流i拉到晶体管网络963。

晶体管网络963可以包括晶体管P₁,N₁,和N₂。晶体管P₁可使其栅极与输出端子966耦合，其漏极与低电压源V_SS耦合，其源极与电流源962和晶体管N₁的栅极耦合。晶体管N₁可以使其漏极与电压源V_DD1连接，其源极经由分压器964的电阻器R₁与晶体管N₂的漏极连接。晶体管N₂可使其栅极与电压源V_DD2连接且其源极与分压器964的电阻器R₄耦合。在一些配置中，电阻器R₂可包含在晶体管N₂与电压源V_DD2之间的路径中。在该配置中，当被偏压时，晶体管网络963可以将电压V_mems镜像到分压器964。

分压器964可以包括串联的电阻器R₁和电阻器R₄(当晶体管N₂导通时)。分压器964可以根据电阻器R₁与R₄之比将电压V_mems降级到电压V_out。 ADC 965可以将电压V_out数字化并且将数字化的电压输出到输出端子967。实际上，电阻器R₁和R₄的值可以是已知的。因此，处理器906可以从数字化后的电压V_out取得电压V_mems。在一些配置中，电阻器R₃可以设置在晶体管N₂与电阻器R₄之间的路径中，按标定比有效地增加电阻器R₁的电阻。

图10-12示出与如何使得图7的电路700或图8的电路800工作有关的时序图。图10-12的时序图图示出流经的电流i_mems以及存储在诸如图7 和图8所示的电容执行器中的电荷q_mems的多个重复循环中的一个循环。如将论述的，电流i_mems可以包括驱动电流和测试电流。

在图10中，一个循环可以包括驱动间隔1050、测量间隔1052、恢复间隔1054以及空闲间隔1056。在驱动间隔1050内，执行器可被驱动到期望位置。在测量间隔1052内，测试电流可以拉到执行器或者从执行器灌入以诱发存储在执行器中的电荷的小的变化，允许代表了执行器的电容的电压测量。在恢复间隔1054内，测试电流可以延长以使得执行器的电荷返回到恰是测量间隔1052开始之前的水平。在测量间隔1052和恢复间隔 1054内，执行器可被视为处于测试模式。在空闲间隔1056中，没有电流被驱动到执行器或者从执行器驱动出。空闲间隔1056可以允许循环之间的处理和计算。

在图10中，一个循环被图示为持续了周期T。驱动间隔1050可持续周期t₁，测量间隔1052持续周期t₂，恢复间隔1054持续周期t₃，并且空闲间隔持续周期t_idle。周期t₁,t₂,和t₃不限于相等持续时间且可以变化，周期 T可基于执行器的机械频率响应来选择。例如，周期T可被选择而使得重复循环的频率对应于执行器的位移的最小机械扰动。在本发明的一个实施方案中，周期T可以固定为300微秒。应当注意，周期t_idle可被分割而在驱动间隔、测量间隔和恢复间隔中的任一个之前提供空闲时间。而且，驱动间隔可在测量间隔和恢复间隔之后实施。

为了图示，在图10中，在执行器工作之前，电流i_mems和电荷q_mems假定为零。在驱动间隔1050内，具有幅值I₁的驱动电流可在时间段t_drive内被驱动到执行器中以改变执行器的位置。例如，该驱动电流可通过分别启用电路700和800中的电流源708和808来供给。相反，负幅值的驱动电流可从执行器灌入以改变其沿相反方向的位置。在该情况下，例如，可以在电路700和800中分别启用电流宿730和830。

在本发明的实施方案中，幅值I₁可以保持恒定，并且时间段t_drive可以变化以改变供给到电容执行器的电荷量，例如通过控制开关S₃保持关闭的时间段。可选地，时间段t_drive可保持恒定，并且幅值I₁可以变化以改变供给到电容执行器的电荷量。随着幅值为I₁的驱动电流被驱动到执行器时，电荷q_mems可以增加，并且执行器的位置可以变化。电荷q_mems可以在时间段 t_drive结束时达到电荷。在此点，执行器已经达到了不一定是期望位置的位置。

如所述，执行器的实际位置可从执行器的电容取得。电容反过来可通过将测试电流驱动到执行器中并且测量代表了电容的电压(例如，V_meas) 来取得。因此，在图10所示的实施例中，在测量间隔1052的持续时间内，幅值为I₂的测试电流可被驱动到执行器中。幅值I₂期望地相对小于驱动电流的幅值I₁，从而最小化对与执行器连接的器件的干扰。例如，测试电流还可以通过分别启用电路700和800中的电流源708和808来提供。在测量间隔1052结束时，电荷q_mems可能已经达到电荷Q₂。在测量间隔1052结束时测量电压(V_meas)。可选地，电压可以在测量间隔1052期间内的任意预定点来测量。

一旦进行了测量，期望使得执行器的电荷返回到电荷Q₁。这可通过在恢复间隔1054内从执行器灌入具有幅值I₃的负测试电流来实现(通过例如启用电流宿730和830)。在该实施例中，如果时间段t₂和t₃相等，则幅值 I₂和I₃也可以相等。在恢复间隔内，处理器可基于测量电压来取得执行器的电容，随后取得执行器的实际位置。处理器的控制器可进一步产生命令信号以在下一循环中驱动执行器。例如，命令信号可以是时间段t_drive的值。驱动、测量和恢复的过程可根据需要重复，使得执行器可被驱动到期望的位置。

在本发明的某些实施方案中，周期T可以变换成位于可听频率范围内的频率。因此，执行器可以在该频率下被驱动时产生可听噪声。为防止该可听噪声，可以在驱动间隔1052的起始和末尾中的至少之一处包含抖动 1058，如图10所示。抖动1058可以将周期t₂和t₃向左或向右移位，而不改变它们的持续时间。在一些实施方案中，周期t_idle被允许改变以适应抖动对周期t₁所做的改变，使得一个循环的周期T保持从一个循环到另一循环是固定的。抖动1058可确保电流i_mems从一个循环到另一循环不同，从而防止任何可听的噪声。

图11图示出电流i_mems和电荷q_mems的另一示范性的循环。驱动间隔1150 和测量间隔1152类似于图10中的那些。因此，将省略对它们的说明。在恢复间隔1154内，可以采用幅值为双极性的测试电流。测试电流可以开始为负的，幅值I₄将电荷q_mems从电荷Q₂驱动到电荷Q₃，然后可以变成正的，幅值I₅将电荷q_mems驱动回到电荷Q₁。测量间隔1152还可以包括抖动1158 以防止可听噪声。

图12图示出电流i_mems和电荷q_mems的另一示范性的循环。驱动间隔1250 类似于图10中的那些。因此，将省略对它们的说明。在测量间隔1252内，幅值为双极性的测试电流可被采用。测试电流开始为负，幅值I₆将电荷q_mems从电荷Q₁驱动到电荷Q₃，然后可以变成正的，幅值I₇将电荷q_mems驱动到电荷Q₅。在恢复间隔期间，具有幅值I₈的负测试电流可用于将电荷q_mems驱动回到电荷Q₁。测量间隔1252还可以包括抖动1258以防止可听噪声。

图13是描绘根据本发明的实施方案取得电容器件的位置的方法1300 的流程图。图13的论述将参考图7中所示的实施方案，但是应当理解，方法1300不限于图7的具体实施方案，而是更一般地应用。例如，方法 1300还应用于图1-4，以及图8.

方法1300开始于步骤1302，向包括电容执行器(例如，电容执行器 702)和基准电容器(例如，基准电容器709)的第一电路系统驱动测试电流。在步骤1304中，方法300将产生于基准电容器中的电流镜像(例如，使用电流镜像710)到包括测量电容器(例如，测量电容器711)的第二电路系统。在步骤1306中，方法300测量第二电路系统内的电压(例如，测量电压V_meas)。在步骤1308中，方法参考基准电容器和测量电容器的电容基于测得的电压来取得电容执行器的电容。如所论述的，电容可以进行数学计算或者从查找表查找，查找表由测量电压的值索引，其中存储有执行器的电容值。在步骤1310中，方法进一步基于执行器的取得的电容来取得执行器的位置。如所论述的，例如，执行器的位置可从查找表查找，该查找表由电容值索引，存储有执行器的位置值。

应当理解的是，存在本发明的其它变型例和修改例及其各个方面的实现方式，这是本领域普通技术人员显而易见的，并且本发明不受本文所描述的具体实施方案限制。上述的特征和实施方案可以彼此组合以及不组合。因此，预计涵盖落入本文披露和进行权利要求的基本的基础原理的范围内的任意和全部的修改例、变型例、组合或等同方案。

Claims

1.一种用于测量电容器件的电容的方法，包括：

通过第一电流源向包括由电容器件和基准电容器形成的分流器的第一电路系统施加第一电流；

将所述基准电容器中产生的第二电流镜像到包括测量阻抗的第二电路系统；

测量跨所述测量阻抗生成的电压；以及

基于测得的电压以及基准电容器的电容值以及测量阻抗的阻抗值来取得所述电容器件的电容。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述镜像以相对于所述基准电容器中产生的第二电流的单一增益在所述第二电路系统中产生第三电流。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述镜像在所述第二电路系统中产生相对于所述基准电容器中产生的第二电流而标定的第三电流。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括数字化所述测得的电压。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

驱动第四电流；以及

将所述基准电容器中产生的第二电流和所述第四电流合并在一起，其中在所述基准电容器中产生的第二电流和所述第四电流反向地对齐并且所述镜像将合并的电流镜像。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述电容器件是电容执行器，并且所述方法进一步包括根据取得的电容器件的电容来估计所述电容执行器的位置。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述电容器件是电容执行器，并且所述方法进一步包括基于取得的电容器件的电容来校正所述电容执行器的驱动信号。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述测量阻抗是电容器。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述电容器件是电容执行器，并且所述方法进一步包括：

在驱动阶段和测量阶段中迭代地驱动所述电容执行器，其中在所述驱动阶段期间，根据所述电容执行器的期望位置来产生驱动信号，并且在所述测量阶段期间，执行施加第一电流、镜像、测量和取得步骤；以及

基于取得的所述电容器件的电容来校正用于后续迭代的电容执行器的驱动信号。

10.一种用于测量电容器件的电容的集成电路，包括：

与输出端子耦合的第一电流源，配置为连接到电容器件并且供给第一电流；

电流镜，具有第一电流路径和第二电流路径；

基准电容器，与所述输出端子和第一电流路径耦合；

耦合到第二电流路径的测量阻抗；以及

模拟数字转换器，具有与所述第二电流路径内的节点耦合的输入并且配置为测量该节点处的电压。

11.如权利要求10所述的集成电路，进一步包括耦合到所述基准电容器与所述第一电流路径之间的节点的第二电流源，其中所述第二电流源的大小被确定为供给超过来自所述第一电流源的第一电流的第二电流，其中所述第一电流源被定向成将来自所述基准电容器的电流漏出。

12.如权利要求10所述的集成电路，其中所述电流镜的晶体管具有相等的尺寸。

13.如权利要求10所述的集成电路，其中所述电流镜的晶体管具有非相等尺寸。

14.如权利要求10所述的集成电路，其中所述电容器件是电容执行器，所述集成电路进一步包括在驱动模式与测量模式之间迭代地驱动所述第一电流源的控制器，其中：

在所述驱动模式期间，所述控制器以由表示电容执行器的位置的位置信号确定的设定驱动所述第一电流，以及

在所述测量模式期间，所述控制器基于由所述模拟数字转换器输出的值来产生用于下一迭代的校正信号。

15.如权利要求14所述的集成电路，其中，在所述驱动模式下，所述控制器改变所述第一电流源的激活的持续时间。

16.如权利要求14所述的集成电路，其中从一次迭代到另一次迭代，所述控制器使从所述第一电流源输出的信号的开端抖动。

17.如权利要求14所述的集成电路，进一步包括测量所述电容执行器的电压的测量电路。

18.如权利要求17所述的集成电路，进一步包括用于查找表的存储设备，所述查找表将位置信号的值和所述测量电路测得的电压的值与驱动电流设定相关联。

19.如权利要求18所述的集成电路，其中所述存储设备包括按表示作用于所述电容执行器上的重力的值所索引的子表。

20.如权利要求14所述的集成电路，其中所述控制器至少部分地基于表示作用于所述电容执行器上的重力的值来取得驱动电流设定。