CN112840560A - 利用电压-电压转换器向机电感测器施加正反馈电压，以促进感测器中表示弹簧软化的电荷流的减少 - Google Patents

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Abstract

本文提出降低机电感测器的灵敏度。所述机电感测器包括对所述机电感测器的感测元件的机械‑电增益的变化的灵敏度；以及电压‑电压转换器组件，其通过经由定义的反馈电容将正反馈电压耦合到感测元件的感测电极来最小化所述灵敏度‑感测元件与电压‑电压转换器组件的输入电性耦合。在一个示例中，电压‑电压转换器组件通过定义的反馈电容在感测电极处保持恒定电荷来最小化灵敏度。在另一实例中，机电感测器包括电容感测元件，其包括具有感测电极的第一节点。此外，偏置电压组件可以向机电感测器的第二节点施加偏置电压。在又一实例中，机电感测器包括压电感测元件。

Description

利用电压-电压转换器向机电感测器施加正反馈电压，以促进 感测器中表示弹簧软化的电荷流的减少
相关申请
本专利申请要求于2018年8月14日提交的美国临时专利申请号62/718,954的优先权，其标题为“用于通过施加恒定电荷来消除弹簧软化效果的陀螺感测放大架构”和于2019年7月2日提交的美国非临时专利申请号16/460,901的优先权，且标题为“利用电压-电压转换器向机电感测器施加正反馈电压，以促进感测器中表示弹簧软化的电荷流的减少”，每项申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明通常涉及利用电压-电压(V2V)转换器向机电感测器施加正反馈电压的实施例，以促进所述感测器中代表弹簧软化的电荷流的减少。
背景技术
传统感测器技术易受模具应力(die stress)引起的感测器的机电感测元件灵敏度变化的影响，例如，由相应装置的装配变化、相应装置的工作温度变化、相应装置随时间的运行变化等引起的变化。在这方面，灵敏度的变化可表示机电感测元件上的“弹簧软化”效应，其改变该元件的谐振频率和增益。此外，利用电荷-电压(C2V)架构来维持跨基于电容的感测元件的感测间隙的恒定电压的传统感测器技术可进一步增加该元件上的弹簧软化效应。就这一点而言，传统感测器技术具有一些缺点，其中一些缺点可参考下文所述的各种实施例来注意。
附图说明
参考以下附图描述了本公开的非限制性实施例，其中，除非另外指明，否则相同的附图标记指贯穿各种视图的相同部分；
图1示出了根据各种示例性实施例的感测器系统的方块图，所述感测器系统利用V2V转换器向机电感测器施加正反馈电压，以促进所述感测器中电荷流的减少；
图2示出了根据各种示例性实施例的利用V2V转换器向机电感测器施加正反馈电压的感测器系统的方块图，所述机电感测器包括由偏置电压组件偏置的电容感测元件；
图3示出了根据各种示例性实施例的利用V2V转换器向包括压电感测元件的机电感测器施加正反馈电压的感测器系统的方块图，所述机电感测器包括压电感测组件；
图4示出了根据各种示例性实施例的感测器系统的方块图，所述感测器系统包括一个V2V转换器组件，所述V2V转换器组件利用自举缓冲器将所述感测器的屏蔽电容自举到感测器的感测节点电压，从而向电容感测元件施加正反馈电压；
图5示出了根据各种示例实施例的包括V2V转换器组件的感测器系统的方块图，所述V2V转换器组件利用自举缓冲器将正反馈电压施加到电容感测元件，所述自举缓冲器通过输入电容电性连接至包括与输入电容成比例的负增益的反相放大器；
图6示出了根据各种示例实施例的另一个感测器系统的方块图，所述感测器系统包括一个V2V转换器组件，所述V2V转换器组件利用自举缓冲器将正反馈电压施加至电容感测元件，所述自举缓冲器通过输入电容电性连接一个反相放大器，所述反相放大器包含与输入电容成比例的负增益；
图7示出了根据各种示例实施例的包括V2V转换器组件的感测器系统的方块图，所述V2V转换器组件利用反相放大器向电容感测元件施加正反馈电压，所述反相放大器包括与输入电容成比例的负增益，所述输入电容电性连接在电容感测元件的输出和反相放大器的输入之间；
图8示出了根据各种示例实施例的另一感测器系统的方块图，所述感测器系统包括V2V转换器组件，所述V2V转换器组件利用反相放大器将正反馈电压施加至电容感测元件，所述反相放大器包括与输入电容成比例的负增益，所述输入电容电性连接在电容感测元件的输出和反相放大器的输入之间；
图9示出了根据各种示例实施例的包括麦克风的感测器系统的方块图；
图10示出了根据各种示例性实施例的感测器系统的方块图，所述感测器系统包括具有差分放大器的V2V组件；
图11示出了根据各种示例实施例的与最小化机电感测器的感测元件相对于感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度相关联的方法的流程图；
图12示出了根据各种示例实施例的与响应于施加至感测元件的偏置电压的修改而最小化感测元件的灵敏度相关联的方法的流程图；
图13示出了根据各种示例性实施例的与响应于已被用于向感测元件施加正反馈电压的定义的反馈电容的值的修改而最小化感测元件的灵敏度相关联的方法的流程图；
图14示出了根据各种示例实施例的与响应于耦合在机电感测器的反相放大器的输入和反相放大器的输出之间的放大器反馈电容的修改而最小化感测元件的灵敏度相关联的方法的流程图；以及
图15示出了根据各种示例实施例的运动系统，所述运动系统包括感测器架构，所述感测器架构利用V2V转换器向感测器施加正反馈电压，以促进感测器中电荷流的减少。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本发明的各个方面，附图中示出了示例性实施例。在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对各种实施例的透彻理解。然而，主题公开可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的示例性实施例。
传统的机电感测器技术对模具应力非常敏感，模具应力可以改变相应感测器的机电感测元件的增益。例如，所述模具应力可改变、影响机电感测元件的弹簧软化等，从而导致所述机电感测元件的增益改变。此外，施加至所述机电感测元件的偏置电压的改变可以改变所述机电感测元件的增益。
此外，利用C2V架构来维持电容感测元件的感测间隙上的恒定电压的传统感测器技术可以进一步改变、修改、增加所述机电感测元件的弹簧软化。另一方面，本文公开的各种实施例可以通过在机电感测器的感测电极处保持恒定电荷来降低例如陀螺仪、加速计等的机电感测器的感测元件相对于感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度-有效地消除弹簧软化。
例如，系统(例如陀螺仪、加速计等)可包括机电感测器，例如，其响应于此类感测器的激励、运动等而产生电流、电荷流等。所述机电感测器的感测元件相对于所述感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度可由例如偏置电压的变化、机电感测器的制造的变化、机电感测器的组装过程中的模具应力变化、在此类感测器的工作寿命期间机电感测器的工作条件(温度、湿度)的变化等引起。增益的这种变化可以表示弹簧软化效果，例如，所述弹簧软化效果是由所述机电感测器的感测节点、元件等之间的距离或间隙的变化引起的，所述变化是随着时间的推移而发生的；所述弹簧软化效果是由随时间而在所述机电感测器的感测节点、元件等产生的表面电压引起的，等等。
就此而言，所述系统的V2V转换器组件可以通过所述电压-电压转换器组件的输出生成正反馈电压，并通过经由定义的反馈电容而将正反馈电压耦合至感测元件的感测电极，例如，经由定义的反馈电容而在所述感测电极处保持恒定电荷，使所述感测元件的所述机械-电增益变化的灵敏度最小化-所述感测电极电性耦合所述电压-电压转换器组件的输入。
在一个实施例中，所述机电感测器包括具有所述感测电极的一个压电感测元件。
在另一个实施例中，所述机电感测器包括电容感测元件以及偏置电压组件，所述电容感测元件包括具有所述感测电极的第一节点，所述偏置电压组件向所述电容感测元件的第二节点施加偏置电压。在其它实施例中，例如，其中所述机电感测器包括麦克风，所述偏置电压组件将偏置电压施加至感测电极。
在一个实施例中，所述V2V转换器组件包括单位增益电压缓冲器(unity-gainvoltage buffer)，所述单位增益电压缓冲器在定义的误差容限(例如+/-1％)内包括1的增益。此外，所述V2V转换器组件的输入电性连接所述单位增益电压缓冲器的输入。
在一个实施例中，所述单位增益电压缓冲器的输出电性连接所述V2V转换器组件的输出。
在另一个实施例中，所述单位增益电压缓冲器的输入电性连接所述系统的定义的屏蔽电容的第一电容端子，例如，对应于屏蔽布线(shield routing)，例如，所述系统的电迹线，有助于屏蔽所述感测电极的至少一部分免受电磁场的影响。
此外，所述单位增益电压缓冲器的输出电性连接所述定义的屏蔽电容的第二电容端子-所述单位增益电压缓冲器包括自举缓冲器(bootstrapping buffer)。在这方面，使用所述自举缓冲器将所述屏蔽布线自举至所述感测电极的电压，以消除、实质上减少(例如，超过95％)由于所述屏蔽布线的寄生电容而在所述感测电极处的电荷变化。
在又一个实施例中，所述V2V转换器组件还包括：定义的输入电容；定义的放大器反馈电容；以及反相放大器，其包括由所述定义的输入电容与所述定义的放大器反馈电容的比率表示的定义的负增益。就此而言，所述定义的输入电容在所述单位增益电压缓冲器的输出和所述反相放大器的输入之间电性耦合；并且所述定义的放大器反馈电容在所述反相放大器的输入和所述反相放大器的输出之间电性耦合。
此外，所述V2V转换器组件包括单位增益反相电压缓冲器，所述单位增益反相电压缓冲器在定义的误差容限(例如，在1％范围内)内包括负1的增益。就此而言，所述反相放大器的输出电性连接所述单位增益反相电压缓冲器的输入，并且所述单位增益反相电压缓冲器的输出电性连接所述V2V转换器组件的输出。
在其它实施例中，所述反相放大器可包括差分放大器，所述差分放大器具有在所述感测元件的各个感测电极和所述差分放大器的各个差分输入之间电性耦合的所述系统的各个定义的输入电容-所述电压-电压转换器组件通过将正差分反馈电压经由各自定义的反馈电容耦合至所述感测元件的各个感测电极来最小化所述感测元件相对于所述感测元件的所述机械-电增益的变化的灵敏度。在这方面，可以通过切换连接到下一级、放大级、电容级等的差分输入的所述差分放大器的输出来反转所述差分放大器的相应增益。因此，不需要使用所述单位增益反相电压缓冲器。此外，应当理解，在利用所述差分放大器时，所述电容感测元件包括差分感测电极、各个感测电极等，其中各个电容感测元件连接所述差分放大器的各个差分输入。
在实施例中，各个定义的放大器反馈电容在所述差分放大器的各个差分输入和所述差分放大器的各个输出之间电性耦合。此外，各个定义的反馈电容在所述差分放大器的各个输出和所述感测元件的各个感测电极之间电性耦合。
在一实施例中，定义的寄生电容电性连接所述V2V转换器组件的输入。
在一实施例中，所述定义的反馈电容的值基于所述反相放大器的定义的负增益而与所述定义的寄生电容成比例。
在其它实施例中，所述反相放大器的所述输入经由耦合电容耦合到有助于在所述感测器的检测质量(proof mass)上产生力的定义的自检电压(self-test voltage)，和/或耦合到有助于减小所述单位增益电压缓冲器的输出的正交部分的值的定义的正交消除电压。
在另一实施例中，所述系统不使用所述自举缓冲器，并且所述定义的寄生电容电性连接所述定义的输入电容，所述定义的输入电容电性耦合到所述反相放大器的输入。就此而言，所述定义的寄生电容包括对应于所述系统的至少一个电迹线的所述定义的屏蔽电容，其有助于屏蔽所述感测电极的至少一部分免受所述电磁场的影响。此外，与包括所述自举缓冲器的实施例不同，所述定义的反馈电容的值基于所述反相放大器的定义的负增益而与所述定义的寄生电容和所述定义的输入电容的和成比例。
在一实施例中，一种方法可包括通过具有MEMS感测器的系统检测所述MEMS感测器的感测元件、机电感测元件等相对于所述感测元件的机电增益的变化的灵敏度；以及利用所述系统的V2V转换器，通过定义的反馈电容将正反馈电压耦合到感测元件，以最小化所述感测元件的灵敏度。
在一实施例中，所述最小化所述灵敏度包括通过所述V2V转换器在所述感测元件处保持恒定电荷。
在另一实施例中，一种方法可以包括通过所述系统修改施加到所述感测元件的偏置电压，并响应于所述修改所述偏置电压，通过所述系统最小化所述感测元件相对于所述感测元件的所述机电增益的变化的灵敏度。
在这方面，在各个实施例中，所述方法可以包括修改所述偏置电压，例如，在各个频率上扫描所述偏置电压，并且响应于所述偏置电压的所述修改、扫描等，通过所述系统确定所述感测元件的谐振频率的变化–与基于所述MEMS的感测器的输出电压的大小的确定的全局最大值相对应的所述谐振频率。反之，所述方法可包括通过所述系统修改所述定义的反馈电容的值，所述定义的反馈电容已被用于向所述感测元件施加所述正反馈电压，以最小化所述感测元件的所述谐振频率的所述变化。
在其它实施例中，所述方法可包括通过所述系统经由耦合在基于所述MEMS的感测器的反相放大器的输入和所述反相放大器的输出之间的放大器反馈电容来修改所述反相放大器的负增益，以最小化所述感测元件的所述谐振频率的所述变化。
如上所述，传统感测器技术易受机电感测元件的灵敏度变化的影响，例如，由于施加到这些元件的偏置电压的变化，由于模具应力的变化，例如，装配、操作条件和/或相应装置的操作随时间的变化而引起的变化，例如，表示机电感测元件上的弹簧软化效应的灵敏度变化，其改变所述感测元件的谐振频率和增益，例如，由基于电容的感测元件的感测节点、元件等之间的距离或感测间隙随时间变化而变化所引起的；由基于电容的感测元件的感测节点、元件等随时间产生的表面电压所引起的，等等。此外，利用C2V架构来维持跨感测间隙的恒定电压的传统感测器技术可以进一步增加基于电容的感测元件上的弹簧软化效应。
另一方面，本文公开的各种实施例可以通过在此类感测器的感测元件、电极处保持恒定电荷，来减少诸如陀螺仪、加速计等的机电感测器的灵敏度的变化-有效地消除弹簧软化效应。在这方面，现参考图1，感测器系统100可以包括机电感测器110，例如，基于电容的感测器、基于压电的感测器等，其包括例如由于此类感测器的偏置电压的变化，由于此类感测器的装配过程中的制造和/或模具应力变化，以及由于此类感测器的运行过程中的操作条件变化，如温度、湿度等，而可改变、变化等的灵敏度。
反之，所述感测器系统可包括V2V转换器组件130，其可经由耦合在所述V2V转换器组件与对应于所述感测器的感测元件的感测电极电压(“Vsense”)的感测电极之间的反馈电容器140，将正反馈电压(“Vout”)耦合到所述感测电极，以便例如，在感测电极、节点等处保持恒定电荷，以最小化、减小等所述机电感测器的灵敏度的变化。
在图2所示的实施例中，机电感测器可包括具有感测电极的感测电容器220(参见下文所述的“Csense”)和可向感测电容器的另一电极、节点等施加偏置电压的偏置电压组件210。在图3所示的其他实施例中，感测器可以具有包括感测电极的压电感测器310。
现在参考图4，所述V2V转换器组件可包括单位增益电压缓冲器410，其在定义的误差容限(例如，1％)内包括1的增益。此外，所述V2V转换器组件的输入可以电性连接(包括等)所述单位增益电压缓冲器的输入。反之，所述单位增益电压缓冲器的所述输入可以电性连接所述系统的定义的屏蔽电容(“Csh”)的第一端子、节点等，并且所述单位增益电压缓冲器的输出可以电性连接所述定义的屏蔽电容的第二端子、节点等。
在这方面，定义的屏蔽电容可对应于所述系统的至少一个电迹线的屏蔽寄生电容，所述屏蔽寄生电容被引导用于屏蔽所述感测电极的至少一部分免受电磁场的影响。此外，所述单位增益电压缓冲器包括自举缓冲器，所述自举缓冲器将定义的屏蔽电容“自举”到所述感测电极，以消除、减少等由于所述屏蔽寄生电容引起的所述感测节点的电荷的任何变化。
在图5所示的实施例中，所述V2V转换器组件还可以包括反相放大器510，其包括由定义的输入电容(“Cin”)与定义的放大器反馈电容(“Cfb”)的比率表示的定义的负增益(“A”)-其中-A＝-Cin/Cfb。就此而言，所述定义的输入电容在所述单位增益电压缓冲器的输出和所述反相放大器的输入之间电性耦合；并且定义的放大器反馈电容在所述反相放大器的输入和所述反相放大器的输出之间电性耦合。
在各种实施例中，定义的放大器反馈电容可以通过可编程的(例如一次性可编程的)熔断器来选择、编程等，所述熔断器可以将电容器的可编程阵列(未示出)的选定电容器连接在一起以创建、形成等所述定义的放大器反馈电容。在这方面，例如在所述感测器系统的制造期间，可以选择、编程定义的负增益。
此外，所述V2V转换器组件包括单位增益反相电压缓冲器520，其在定义的误差容限(例如，1％)内包括负1的增益。就此而言，所述反相放大器的输出电性连接所述单位增益反相电压缓冲器的输入，并且所述单位增益反相电压缓冲器的输出电性连接所述V2V转换器组件的输出。
进一步如图5所示，感测器系统可包括电性连接所述V2V转换器组件的输入的定义的寄生电容(“Cp”)。在各个实施例中，定义的反馈电容(“Cc”)的值基于所述反相放大器的定义的负增益而与所述定义的寄生电容成比例-其中，Cc＝Cp/(1–A)，例如，以形成将所述V2V转换器组件的输出耦合到所述感测电极、节点等的“负电容”。就此而言，可基于所选择的、编程的等的定义的负增益的值，通过可编程的(例如，一次性可编程的)熔断器来选择、编程定义的反馈电容的值，所述熔断器可将电容器的可编程阵列(未示出)中选定的电容器连接在一起以创建、形成等的所述定义的反馈电容。在各个实施例中，例如，在感测器系统的制造期间，可选择、编程所述定义的反馈电容，以便例如，调谐与感测电极对应的频率，例如，其对应于感测器的检测质量的驱动频率。
图6示出了感测器系统的实施例，其中，所述反相放大器的输入通过耦合电容耦合到定义的自检电压(“Vc”)。就此而言，所述定义的自检电压可用于在所述单位增益电压缓冲器的输入处引入、注入等定义的正交消除电压，例如，以减小降低所述单位增益电压缓冲器的净空(headroom)的正交信号摆幅的值，并且从而改善所述单位增益电压缓冲器的输出可以摆动至所述单位增益电压缓冲器的电源供应的接近程度。
在其它实施例中，定义的自检电压可用于在感测器的感测元件(例如，检测质量)上产生定义的力或定义的感测间隙位移，例如，对感测器执行“自检”，例如，用以将检测到的电压值(例如，通过对应于V2V转换器组件、反馈电容器等的各个部分、级等的感测电极所获得的)与预期电压值(例如，基于所述定义的感测间隙位移等而已经确定要产生的电压值)进行比较。
在一个实施例中，检测质量的频率响应可以通过扫描定义的自检电压的值并在与V2V转换器组件、反馈电容器等的各个部分、状态等相对应的感测电极处检测得到的各个电压值来确定。
图7和图8示出了感测器系统不包括、利用自举缓冲器的实施例，并且定义的寄生电容电性连接定义的输入电容，所述定义的输入电容与反相放大器的输入电性耦合。就此而言，定义的寄生电容包括定义的屏蔽电容，定义的屏蔽电容对应于所述系统的至少一个电迹线，所述至少一个电迹线有助于屏蔽感测电极的至少一部分免受电磁场的影响。此外，与包括自举缓冲器的实施例不同，定义的反馈电容的值基于反相放大器的定义的负增益而与定义的寄生电容和定义的输入电容的和成比例。
图9示出了根据各种示例性实施例的包括具有麦克风910的机电感测器110的感测器系统900的方块图。麦克风包括具有感测电极的感测电容器(参见“Csense”)，并且偏置电压组件210经由偏置电阻器(“Rbias”)向感测电极施加偏置电压(例如，“Vbias”)。
反之，感测器系统包括V2V转换器组件130，其经由耦合在V2V转换器组件和感测电极之间的反馈电容器140而将正反馈电压耦合到感测电极，例如，用以维持感测电极处的恒定电荷。就此而言，V2V转换器组件包括单位增益电压缓冲器920，其在定义的误差容限(例如，1％)内包括1的增益。此外，V2V转换器组件的输入电性连接(包括等)单位增益电压缓冲器的输入。单位增益电压缓冲器的输出电性连接差分放大器940的非反相输入，并且经由定义的输入电容(“Cin”)电性耦合到反相放大器930。所述反相放大器包括定义的负增益(“A”)，其由定义的输入电容(“Cin”)与定义的放大器反馈电容(“Cfb”)的比率表示-其中，A＝-Cin/Cfb。就此而言，定义的放大器反馈电容在反相放大器的输入和反相放大器的输出之间电性耦合。
定义的放大器反馈电容可以通过可编程的(例如一次性可编程的)熔断器来选择、编程等，所述熔断器可以将电容器的可编程阵列(未示出)的选定电容器连接在一起，以创建、形成等定义的放大器反馈电容。在这方面，例如在感测器系统的制造期间，可以选择、编程定义的负增益。此外，反相放大器的输出电性连接差分放大器的反相输入，并且差分放大器的输出电性连接V2V转换器组件的输出。
如图9进一步所示，感测器系统可包括电性连接V2V转换器组件的输入的定义的寄生电容(“Cp”)。在实施例中，定义的反馈电容(“Cc”)的值基于反相放大器的定义的负增益而与定义的寄生电容成比例-其中，Cc＝Cp/(1–A)，例如，用以形成将V2V转换器组件的输出耦合到感测电极的“负电容”。在这方面，可以基于选定的、编程的等定义的负增益的值，通过可编程的(例如，一次性可编程的)熔断器来选择、编程定义的反馈电容的值，所述熔断器可以将电容器的可编程阵列(未示出)的选定的电容器连接在一起以创建、形成等定义的反馈电容。在实施例中，例如，在感测器系统的制造期间，可选择、编程定义的反馈电容，以便例如，调谐与感测电极对应的频率，例如，对应于麦克风膜的谐振频率。
图10示出了根据各种示例实施例的感测器系统1000的方块图，感测器系统1000包括具有差分放大器1010的V2V组件130。如图10所示，偏置电压组件210可向机电感测器110的感测元件、检测质量等施加偏置电压(Vbias)。
此外，电性耦合到感测元件、检测质量等的各个电容器的感测电极经由各自定义的输入电容(“Cin”)电性耦合到差分放大器的各个差分输入。反之，各个定义的放大器反馈电容(“Cfb”)在差分放大器的各个差分输入和差分放大器的各个输出之间电性耦合-其中差分放大器的增益(“A”)为A＝-Cin/Cfb。
如图10进一步所示，各个定义的反馈电容(“Cc”)在差分放大器的各个输出和感测电极之间电性连接。在这方面，基于差分放大器的定义的负增益，各个定义的反馈电容的值与电性连接差分放大器的各个差分输入的各个定义的寄生电容(“C’p”)成比例-其中，Cc＝(C’p+Cin)/(1–A)，例如，用以形成将各差分输出耦合到感测电极的“负电容”。
图11至图14示出了根据所公开的主题的方法。为便于解释，这些方法被描述为一系列动作。应当理解和了解的是，本文公开的各种实施例不受所示动作和/或动作顺序的限制。例如，动作可以以各种顺序和/或同时发生，并且与本文未呈现或描述的其他动作一起发生。此外，可能不需要所有示出的动作来实施根据所公开的主题的方法。此外，本领域技术人员将理解并了解到，这些方法可替换地通过各自的状态图或事件表示为各自的一系列相互关联的状态。
现在参考图11，根据各种示例实施例，示出了与最小化MEMS感测器的感测元件相对于感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度相关联的方法的流程图。在1110，系统(例如陀螺仪等)可检测关于MEMS感测器的感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度。在1120，系统可以通过利用系统的V2V转换器经由定义的反馈电容而将正反馈电压耦合到感测元件来最小化灵敏度。
图12示出了根据各种示例实施例的与响应于施加到感测元件的偏置电压的修改而最小化感测元件的灵敏度相关联的方法的流程图。在1210，系统可修改已施加至感测元件的偏置电压。在1220，响应于被修改的偏置电压，系统可以最小化感测元件相对于感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度。
例如，在图13所示的流程图中，响应于在1310修改的偏置电压，系统可以在1320确定感测元件的谐振频率的变化。反之，在1330，系统可以修改定义的反馈电容(“Cc”)的值，所述定义的反馈电容已被用于将正反馈电压耦合到感测元件，以最小化感测元件的谐振频率的变化。
在图14的流程图所示的另一示例中，响应于在1410施加到被修改的感测元件的偏置电压，并且响应于在1420确定的感测元件的谐振频率的变化，系统可以在1430，通过耦合在MEMS感测器的反相放大器的输入和反相放大器的输出之间的放大器反馈电容(“Cfb”)，修改反相放大器的负增益以最小化感测元件的谐振频率的变化。
图15示出了根据各种实施例的一种运动系统1510，例如陀螺仪等，其包括感测器架构，所述感测器架构利用V2V转换器组件130经由反馈电容将正反馈电压耦合到感测器110的感测元件，以便促进减少表示弹簧软化的感测器中的电荷流。就此而言，运动系统可利用存储组件1520和处理组件1530经由V2V转换器组件执行本文所述的各种操作，例如，关于使用、控制定义的自检电压以在单位增益电压缓冲器的输入处注入定义的正交消除电压，例如，用以减小降低单位增益电压缓冲器的净空的正交信号摆幅的值；关于使用、控制定义的自检电压等，以在感测器的感测元件(例如，验证质量)上产生定义的力或定义的感测间隙位移，例如，对感测器执行“自检”，例如，将检测到的电压值(例如，通过与V2V转换器组件、反馈电容器等的各个部分、级等相对应的感测电极所获得的)与预期电压值(例如，基于定义的检测间隙位移等已经确定要产生的电压值)进行比较。
在一个实施例中，运动系统可以利用存储组件和处理组件通过扫描定义的自检电压的值，以及通过在与V2V转换器组件、反馈电容器等的各个部分、状态等相对应的感测电极处检测得到的各个电压值，确定检测质量的频率响应。
如在主题说明书中所使用的，术语“组件”基本上是指任何基于模拟和/或数字的设备、电路等，包括例如电阻器、电容器、晶体管、二极管、电感器、存储器、可编程设备(例如保险丝)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等与执行本文公开的电路、装置、系统等的操作和/或功能有关的。此外，术语“处理组件”可指任何计算处理单元或设备(例如MAC等)，包括但不限于单核处理器；具有软件多线程执行能力的单核处理器；多核处理器；具有软件多线程执行能力的多核处理器；具有硬件多线程技术的多核处理器；并行平台；以及具有分布式共享内存的并行平台。另外，处理器可指集成电路、ASIC、数字信号处理器(DSP)、FPGA、可编程逻辑控制器(PLC)、CPLD、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、模拟电路或其任何组合，其设计用于执行本文所述的功能和/或过程。此外，处理器可以利用纳米级架构，例如但不限于基于分子和量子点的晶体管、开关和门，以便优化空间使用或增强移动设备的性能。处理器还可以实现为计算处理单元、设备等的组合。
在主题说明书中，术语“存储器”、“存储组件”以及基本上与本文公开的运动系统(例如1510)和/或装置的操作和功能相关的任何其它信息存储组件指“存储组件”，或体现在“存储器”中的实体，或包括存储器的组件。应当理解，存储器可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。作为说明而非限制，易失性存储器可包括可充当外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。作为说明而非限制，RAM可以包括同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链接DRAM(SLDRAM)、直接型RambusRAM(RDRAM)、直接Rambus动态RAM(DRDRAM)和/或Rambus动态RAM(RDRAM)。在其它实施例中，非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电性可编程ROM(EPROM)、电性可擦除ROM(EEPROM)或闪存。另外，本文公开的组件和/或装置可以包括但不限于这些和任何其他合适类型的存储器。
本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在本说明书中，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在各个地方的出现不一定都指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定特征、结构或特性。
此外，在详细描述或所附权利要求书中使用术语“包括”、“有”、“包含”和其他类似词语的范围内，这些术语旨在以类似于作为开放过渡词的术语“包含”的方式包含在内，而不排除任何附加或其他元素。此外，术语“或”意指包容的“或”，而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有规定或上下文清楚，“X使用A或B”意指任何自然包含排列。也就是说，如果X使用A；X使用B；或者X同时使用A和B，那么在上述任一情况下，“X使用A或B”是满足的。此外，除非另有规定或从上下文中清楚地指示为单数形式，否则本申请中使用的条款“一”和“一个”以及所附权利要求通常应解释为意味着“一个或多个”。
本文中解释的系统、仪器、装置、过程和过程块(process block)的方面可以体现在诸如ASIC等硬件中。此外，某些或所有过程块在每个过程中出现的顺序不应被视为限制性的。相反，受益于本发明的本领域普通技术人员应当理解，一些过程块可以按照未示出的各种顺序执行。
此外，本文使用单词“示范性”和/或“说明性”是指用作示例、实例或说明。为免生疑问，本文公开的主题不受这些示例的限制。此外，本文中描述为“示范性”和/或“说明性”的任何方面或设计不一定被解释为比其他方面或设计更优选或有利，也不意味着排除具有本发明的益处的本领域普通技术人员已知的等效示例性结构和技术。
以上对本发明的所示实施例的描述并不意在穷尽或将所公开的实施例限制为所公开的精确形式。虽然本文出于说明目的描述了具体实施例和示例，但是如相关领域的技术人员所认识到的，在这些实施例和示例的范围内考虑的各种修改是可能的。
在这方面，虽然已经结合各种实施例和相应的附图描述了所公开的主题，但是在适用的情况下，应当理解，可以使用其他类似的实施例，或者可以对所描述的实施例进行修改和添加，以执行相同的、类似的、替代的或类似的操作在不偏离公开主题的前提下替代公开主题的功能。因此，所公开的主题不应限于本文所描述的任何单个实施例，而是应根据以下所附权利要求书在广度和范围上进行解释。

Claims (27)

1.一种系统，包括：
机电感测器，包括对所述机电感测器的感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度；以及
电压-电压转换器组件，用于：
经由所述电压-电压转换器组件的输出产生正反馈电压；以及
通过经由定义的反馈电容将所述正反馈电压耦合至所述感测元件的感测电极以最小化所述灵敏度，其中，所述感测电极电性耦合至所述电压-电压转换器组件的输入。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电压-电压转换器组件通过经由所述定义的反馈电容在所述感测电极处保持恒定电荷，以最小化所述灵敏度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机电感测器包括：
电容感测元件或压电感测元件，包括具有所述感测电极的第一节点；以及
偏置电压组件，向所述电容感测元件或所述压电感测元件的第二节点施加偏置电压。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机电感测器包括：
电容感测元件或压电感测元件，包括所述感测电极；以及
偏置电压组件，向所述感测电极施加偏置电压，其中，所述感测电极电性耦合所述电压-电压转换器组件的所述输入。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述电压-电压转换器组件包括单位增益电压缓冲器，所述单位增益电压缓冲器在定义的误差容限内包括1的增益，且其中，所述电压-电压转换器组件的所述输入电性连接所述单位增益电压缓冲器的输入。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述单位增益电压缓冲器的所述输入电性耦合连接所述系统的定义的屏蔽电容的第一电容端子，其中，所述单位增益电压缓冲器的输出电性耦合所述定义的屏蔽电容的第二电容端子，且其中，所述单位增益电压缓冲器包括自举缓冲器。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述定义的屏蔽电容对应于所述系统的至少一个电迹线，所述至少一个电迹线有助于屏蔽所述感测电极的至少一部分免受电磁场的影响。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述电压-电压转换器组件还包括：
定义的输入电容；
定义的放大器反馈电容；
反相放大器，包括由所述定义的输入电容与所述定义的放大器反馈电容的比率表示的定义的负增益，其中，所述定义的输入电容在所述单位增益电压缓冲器的所述输出和所述反相放大器的输入之间电性耦合，且其中，所述定义的放大器反馈电容在所述反相放大器的所述输入和所述反相放大器的输出之间电性耦合；以及
单位增益反相电压缓冲器，包括在定义的误差容限内的负1增益，其中，所述反相放大器的所述输出电性耦合所述单位增益反相电压缓冲器的输入，且其中，所述单位增益反相电压缓冲器的输出电性耦合所述电压-电压转换器组件的所述输出。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括定义的寄生电容，与所述电压-电压转换器组件的所述输入电性耦合。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述定义的反馈电容的值基于所述反相放大器的所述定义的负增益而与所述定义的寄生电容成比例。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述反相放大器的所述输入经由耦合电容耦合至定义的自检电压，所述定义的自检电压有助于在所述机电感测器的检测质量上产生力。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述反相放大器的所述输入经由耦合电容耦合至定义的正交消除电压，所述定义的正交消除电压有助于减小所述单位增益电压缓冲器的所述输出的正交部分的值。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电压-电压转换器组件还包括：
定义的输入电容；
定义的放大器反馈电容；
反相放大器，包括由所述定义的输入电容与所述定义的放大器反馈电容的比率表示的定义的负增益，其中，所述定义的输入电容在所述电压-电压转换器组件的所述输入和所述反相放大器的输入之间电性耦合，且其中，所述定义的放大器反馈电容在所述反相放大器的所述输入和所述反相放大器的输出之间电性耦合；以及
单位增益反相电压缓冲器，包括在定义的误差容限内的负1增益，其中，所述反相放大器的所述输出电性连接所述单位增益反相电压缓冲器的输入，且其中，所述单位增益反相电压缓冲器的输出电性连接所述电压-电压转换器组件的所述输出。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括定义的寄生电容，电性连接所述电压-电压转换器组件的所述输入。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述定义的寄生电容包括定义的屏蔽电容，对应于所述系统的至少一个电迹线，所述至少一个电迹线有助于屏蔽所述感测电极的至少一部分免受电磁场的影响。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述定义的反馈电容的值基于所述反相放大器的所述定义的负增益而与所述定义的寄生电容和所述定义的输入电容的和成比例。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述反相放大器的所述输入经由耦合电容耦合到定义的自检电压，所述定义的自检电压有助于在所述机电感测器的检测质量上产生力。
18.根据权利要求13所述的系统，其中，所述反相放大器的所述输入经由耦合电容耦合到定义的正交消除电压，所述定义的正交消除电压有助于减小所述反相放大器的所述输入的正交部分的值。
19.一种方法，包括：
通过包括微机电系统(MEMS)感测器的系统检测所述MEMS感测器的感测元件相对于所述MEMS感测器的感测元件的机电增益的变化的灵敏度；
经由定义的反馈电容利用所述系统的电压-电压转换器将正反馈电压耦合到所述感测元件以最小化所述灵敏度。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述最小化所述灵敏度包括：
经由所述电压-电压转换器在所述感测元件处保持恒定电荷。
21.一种系统，包括：
微机电系统(MEMS)感测器，包括对所述MEMS感测器的感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度；以及
电压-电压转换器组件，包括差分放大器；
其中，所述电压-电压转换器组件通过经由各个定义的反馈电容将正差分反馈电压耦合到所述感测元件的各个感测电极，以最小化对所述感测元件的所述机械-电增益的所述变化的所述灵敏度，其中，所述各个感测电极电性耦合所述电压-电压转换器组件的各个输入。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述系统的各个定义的输入电容在所述感测元件的所述各个感测电极和所述差分放大器的各个差分输入之间电性耦合。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，各个定义的放大器反馈电容在所述差分放大器的所述各个差分输入和所述差分放大器的各个输出之间电性耦合，且其中，所述各个定义的反馈电容在所述差分放大器的所述各个输出和所述感测元件的所述各个感测电极之间电性耦合。
24.一种方法，包括：
通过包括处理器的系统修改已经施加到微机电系统(MEMS)感测器的感测元件的偏置电压，所述MEMS感测器包括对所述感测元件的机械-电增益的变化的灵敏度；以及
响应所述偏置电压的所述修改，通过所述系统最小化所述感测元件的所述灵敏度。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述最小化所述感测元件的所述灵敏度包括：
响应于所述偏置电压的所述修改，最小化所述感测元件的谐振频率的变化。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述MEMS感测器包括电压-电压转换器组件，所述电压-电压转换器组件通过经由定义的反馈电容将正反馈电压耦合到所述感测元件的感测电极，以最小化所述灵敏度。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述最小化所述谐振频率的所述变化包括修改所述定义的反馈电容的值。
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