CN217037463U - 微机电系统装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及微机电系统装置。微机电系统装置包括MEMS管芯和电连接到该MEMS管芯的电路。该电路包括基于从MEMS管芯接收的信号产生第一输出信号的第一电容器和基于从MEMS管芯接收的信号产生第二输出信号的第二电容器。该电路被配置成基于第一输出信号与第二输出信号的比率以及第一电容器与第二电容器的电容的比率来确定MEMS管芯的标称电容。

Description

微机电系统装置
技术领域
本实用新型总体上涉及微机电系统(“MEMS”)装置，更具体地，涉及具有用于测量MEMS管芯的健康状况的内置自测(“BIST”)的MEMS装置以及应用BIST测量MEMS装置的健康状况的方法。
背景技术
目前，很多系统可能包括一个或更多个集成微机电系统(“MEMS”)管芯、驻极体或其它声学传感器。这样的系统包括例如无线通信手机、膝上型计算机和其它装置中的智能扬声器。例如，许多类型的声学传感器包括具有膜片、背板和集成电路的MEMS管芯，例如MEMS换能器。在这种MEMS管芯中，背板与膜片之间的相对运动会导致电容变化，这会被集成电路检测到并最终解释为声音。由于膜片上的颗粒和其它污染物和/或随着MEMS管芯接近其生命周期的终点，这种MEMS管芯的性能可能会下降和/或最终失效。在包括集成MEMS管芯的系统中，无论是在制造时还是在其整个生命周期中，都很难确定MEMS管芯的当前健康状况。用于验证MEMS管芯的膜片不受污染的传统技术需要至少部分拆卸集成在其中的系统，从而可能损坏MEMS管芯或其它系统组件并且对时间不敏感。其它已知技术仅在检测MEMS管芯的严重故障时有效。因此，需要一种具有内置自测(“BIST”)的MEMS装置和/或在MEMS管芯的整个生命周期内测试其健康状况的方法，而无需目视检查膜片和/或进一步拆卸其中集成有MEMS管芯的系统。
实用新型内容
本实用新型的一方面涉及一种微机电系统装置，所述微机电系统装置包括：微机电系统管芯；以及电路，所述电路电连接到所述微机电系统管芯，所述电路包括：第一电容器，所述第一电容器基于从所述微机电系统管芯接收的信号产生第一输出信号，以及第二电容器，所述第二电容器基于从所述微机电系统管芯接收的信号产生第二输出信号，其中，所述电路被配置成基于所述第一输出信号与所述第二输出信号的比率以及所述第一电容器的电容与所述第二电容器的电容的比率来确定所述微机电系统管芯的标称电容。
本实用新型的另一方面涉及一种微机电系统装置，所述微机电系统装置包括：微机电系统管芯；以及电路，所述电路电连接到所述微机电系统管芯，所述电路包括信号发生器，所述信号发生器被配置成将可变频率电输入注入到所述微机电系统管芯中；其中，所述电路被配置成确定所述微机电系统管芯的机械谐振频率。
附图说明
本实用新型的前述和其它特征将结合附图从以下描述和所附权利要求中变得更加明显。这些附图仅描绘了根据本实用新型的几个实施方式，因此不应被认为是对其范围的限制。
图1是根据说明性实施方式的MEMS装置的被配置成确定MEMS管芯的标称电容的示例电路。
图2是根据另一说明性实施方式的MEMS装置的被配置成确定MEMS管芯的标称电容的示例电路。
图3是根据说明性实施方式的MEMS装置的被配置成确定MEMS管芯的机械谐振频率的示例电路。
图4是根据说明性实施方式的MEMS装置的侧截面图。
图5例示了图1的电路和根据确定MEMS装置的健康状况的方法的实施方式的声源。
图6是基于MEMS换能器的标称电容来确定MEMS装置的健康状况的方法的流程图。
图7是基于MEMS换能器的机械谐振频率来确定MEMS装置的健康状况的方法的流程图。
在下文的详细描述中，参照附图描述了各种实施方式。本领域技术人员将理解，附图是示意性的并且为清楚起见进行了简化。相同的附图标记始终指代相同的元件或组件。因此，类似的元件或组件将不必针对每幅图进行详细描述。
具体实施方式
一般而言，本文记载的是具有内置自测(“BIST”)的微机电系统(“MEMS”)装置。根据各种实施方式，MEMS装置包括MEMS管芯和电连接到MEMS管芯的电路。
根据实施方式，电路包括第一电容器和第二电容器，它们基于从MEMS管芯接收的信号分别产生第一输出信号和第二输出信号。在该实施方式中，电路被配置成确定MEMS管芯的标称电容。MEMS管芯的标称电容是基于第一信号与第二信号的比率以及第一电容器与第二电容器的电容的比率来确定的。有利地，使用BIST来确定MEMS管芯的标称电容而不是传统的测试技术减少了拆卸MEMS装置以目视检查MEMS管芯的需要，并且在制造时并贯穿其整个生命周期都可以轻松测试MEMS管芯的健康状况。
在实施方式中，电路还包括信号发生器，其被配置成将电输入注入到MEMS管芯中。在实施方式中，由信号发生器注入到MEMS管芯中的电输入是固定频率的电输入。
在实施方式中，电路被配置成确定MEMS管芯的膜片的机械谐振频率。在这些实施方式中，电路电连接到MEMS管芯并且包括被配置成将可变频率电输入注入到MEMS管芯中的信号发生器。在实施方式中，可变频率电输入包括具有随机频率的方波。
在实施方式中，信号发生器被配置成在预定的频率范围内注入可变频率电输入。在实施方式中，可变频率电输入包括方波或正弦波。
在实施方式中，MEMS装置还包括基座、端口和盖。基座具有第一表面和与第一表面相反的第二表面，并且端口在基座的第一表面与第二表面之间延伸。电路设置在基座上，并且盖设置在基座的第一表面上方，覆盖MEMS管芯和电路。
在实施方式中，电路包括专用集成电路(“ASIC”)和/或被配置成将电输入注入到MEMS管芯中的信号发生器。
一般而言，本文进一步记载了一种应用BIST来确定MEMS装置的健康状况的方法。根据该方法的各种实施方式，MEMS装置包括MEMS换能器和电路。
根据该方法的实施方式，首先，MEMS换能器接收测试音并且基于该测试音产生信号。接下来，MEMS换能器将该信号通过第一电容器以产生第一输出信号，并通过第二电容器以产生第二输出信号。然后，电路确定第一输出信号与第二输出信号之间的比率。接下来，电路基于第一输出信号与第二输出信号的比率以及第一电容器与第二电容器的电容的比率来确定MEMS换能器的测量标称电容。最后，电路将MEMS换能器的测量标称电容与预期标称电容进行比较。
在该方法的另一实施方式中，首先，MEMS换能器接收可变频率电输入并且基于该可变频率电输入产生信号。接下来，电路基于来自MEMS换能器的信号确定MEMS换能器的测量机械谐振频率。最后，电路将MEMS换能器的测量机械谐振频率与预期标称机械谐振频率进行比较。
在该方法的实施方式中，可变频率电输入是从MEMS装置外部的源接收的。在实施方式中，从MEMS装置外部的源接收的可变频率电输入由电路提供给MEMS换能器。
在MEMS管芯(例如MEMS声学换能器)中，管芯可以包括膜片、背板和集成电路。MEMS管芯由基座或基板支撑并由壳体封闭。例如，用于声学换能器的MEMS膜片可以是单个单片材料层或者可以由两层或更多层材料制成。声能穿过MEMS管芯，使膜片移动，并在背板产生变化的电势，从而产生电信号。在这种MEMS管芯中，背板与膜片之间的相对运动会导致电容变化，这会被集成电路检测到并最终解释为声音。
理论上，可以计算出MEMS管芯的预期标称电容。例如，可以证明，从MEMS管芯(用于带有放大器的麦克风)输出的测量电压可以表示为：
Output＝(Gain)(Input)(Cmems/(Cmems+Cparasitic)) (1)
其中，Output是测量电压输出，Gain是放大器的增益，Input是MEMS的空载灵敏度，Cmems是MEMS管芯的电容，并且Cparasitic是其它麦克风电路(例如包括专用集成电路(“ASIC”))的寄生电容。如果MEMS的空载灵敏度(Input)、寄生电容(Cparasitic)和增益(Gain)已知，则等式(1)可以很容易地求解Cmems。
然而，在实践中，MEMS的空载灵敏度(Input)具有一些变化并且寄生电容(Cparasitic)不是众所周知的。因此等式(1)实际上有三个未知数，没有进一步的信息就无法求解。解决方案的一种途径是添加一个测试电容器，使其与Cparasitic并联。如果该测试电容器的电容为CTest，那么即使不知道Cparasitic的确切值，也可以有意地将CTest的值选择成与Cparasitic相比非常大。事实上，如果选择了足够大的CTest值，使得CTest>>Cparasitic，则可以有效地忽略Cparasitic的值。在这种情况下，等式(1)变为：
Output＝(Gain)(Input)(Cmems/(Cmems+CTest)) (2)
其中，CTest取代了Cparasitic。
等式(2)是对等式(1)的改进，但它仍然具有两个未知数，Input和Cmems，因此在没有进一步信息的情况下无法求解。一种解决方案是使用两个不同的CTest值来测量MEMS管芯的输出。假设放大器具有单位增益，这种方法得出等式(3)和(4)：
Output1＝Input(Cmems/(Cmems+CTest1)) (3)
Output2＝Input(Cmems/(Cmems+CTest2)) (4)
等式(3)和(4)表示具有2个未知数Input和Cmems的2乘2线性等式阵列。因此，等式(3)和(4)可以求解，从而产生MEMS管芯的预期标称电容Cmems的值。此外，知道Output2与Output1的比率和/或CTest2与CTest1的比率(图1和图2中的C2与C1)还允许求解等式(3)和(4)的Cmems。
因此，可以通过将MEMS管芯的测量标称电容与计算出的预期标称电容进行比较来确定MEMS管芯(例如MEMS声学换能器)的健康状况。测量标称电容与计算出的预期电容之间的任何差异都可表明MEMS管芯中存在颗粒或一些污染物。
MEMS换能器的膜片的预期机械谐振频率ωo可以基于膜片的机械顺应性Cdia和膜片的有效质量Ldia来估计，其中，谐振频率由如下等式给出：
ωo＝1/SQRT(Ldia Cdia) (5)
因此，可以通过将MEMS管芯的膜片的测量机械谐振频率与计算出的预期机械谐振频率进行比较来确定MEMS管芯(例如MEMS声学换能器)的健康状况。预计MEMS膜片的质量不会发生变化，因此测量机械谐振频率与预期的机械谐振频率之间的任何差异都可表明膜片上存在颗粒或一些污染物。
图1例示了电路200的实施方式，该电路200电连接到MEMS管芯102，例如，如图4所示，并且具有标称电容CMEMS。电路200被配置成确定MEMS管芯102的标称电容CMEMS。在实施方式中，电路200包括与MEMS管芯102串联设置的电荷泵202。
在实施方式中，电路200包括第一固定测试电容器C1(例如具有如等式(3)中出现的电容值CTest1)和第二固定测试电容器C2(例如具有如等式(4)中出现的电容值CTest2)，它们被例示为并联设置在MEMS管芯102的输出端与地之间。第一固定测试电容器C1或第二固定测试电容器C2例如经由开关206与MEMS管芯102的输出端相连接。开关206被配置成使得当第一固定测试电容器C1与MEMS管芯102的输出端相连时，第二测试电容器C2断开，反之亦然。
参照电路200，当MEMS管芯102暴露于来自声源的测试音时，第一电容器C1基于从MEMS管芯102接收的信号产生第一输出信号，例如具有如等式(3)中出现的Output1的值，并且第二电容器C2基于从MEMS管芯102接收的信号产生第二输出信号，例如具有如等式(4)中出现的Output2的值。电路200被配置成基于第一输出信号和第二输出信号的已知值以及第一电容器C1和第二电容器C2的电容的已知值来确定MEMS管芯102的标称电容CMEMS。另选地，电路200被配置成基于第一输出信号与第二输出信号的比率以及第一电容器C1和第二电容器C2的电容的比率来确定MEMS管芯102的标称电容CMEMS。
仍然参照图1，在实施方式中，放大器208被连接以接收来自第一测试电容器C1或第二测试电容器C2的输入。放大器在与第一测试电容器C1并联时提供第一输出，或者在与第二测试电容器C2并联时提供第二输出。
图2例示了电路300的实施方式，其将电连接到MEMS管芯102，例如，如图4所示。电路300被配置成确定MEMS管芯102的标称电容CMEMS。电路300与上文描述的电路200非常相似，但是除了电路200的组件之外，电路300还包括设置在电荷泵202与MEMS管芯102之间的信号发生器304。该信号发生器304被配置成将电输入注入到MEMS管芯102中。在实施方式中，电输入至少包括固定频率的电输入。由信号发生器304注入的电输入用于电模拟来自如上所述的声源的测试音的应用。在电路300内包括信号发生器304，因此消除了对声源来确定MEMS管芯102的标称电容CMEMS的需要。
参照电路300，当来自信号发生器304的电输入被注入到MEMS管芯102中时，第一电容器C1基于从MEMS管芯102接收的信号产生第一输出信号，并且第二电容器C2基于从MEMS管芯102接收的信号产生第二输出信号。与电路200一样，电路300被配置成基于第一输出信号和第二输出信号的已知值以及第一电容器C1和第二电容器C2的电容的已知值来确定MEMS管芯102的标称电容CMEMS。另选地，电路300被配置成基于第一输出信号与第二输出信号的比率以及第一电容器C1与第二电容器C2的电容的比率来确定MEMS管芯102的标称电容CMEMS。
图3例示了电路400的实施方式，其将电连接到MEMS管芯102，例如，如图4所示。在实施方式中，MEMS管芯102是具有一个或更多个膜片的MEMS换能器。电路400被配置成确定MEMS管芯102的机械谐振频率。电路400包括设置在电荷泵202与MEMS管芯102之间的信号发生器404。该信号发生器404被配置成将电输入注入到MEMS管芯102中，以例如在MEMS管芯102中引起响应，如由外部声源引起的响应。在实施方式中，电输入至少包括可变频率电输入。
在实施方式中，可变频率电输入包括具有随机频率的方波或正弦波。在实施方式中，信号发生器404被配置成注入预定频率范围内的可变频率电输入。在实施方式中，该预定频率范围是从约0Hz到约80000Hz。在另一实施方式中，预定频率范围内的可变频率电输入包括正弦波。在另一实施方式中，预定频率范围内的可变频率电输入包括方波。
仍然参照图3，电路400还包括与MEMS管芯102串联连接并接收输入的放大器408。该放大器408提供输出信号，可以对该输出信号进行分析以确定MEMS管芯102的测量谐振频率。
转向图4，示意性地示出了根据实施方式的MEMS装置的横截面。通常标记为100的MEMS装置包括MEMS管芯102和电路104，例如，根据MEMS管芯类型，该电路104通过一个或更多个电引线106电连接到MEMS管芯102。与MEMS管芯102电连接的电路104可以是如上所述的电路实施方式200、300、400中的任何一个。
在实施方式中，MEMS装置100包括外壳120，该外壳120包括具有第一表面124和相反的第二表面126的基座122。根据实施方式，基座122包括在第一表面124与第二表面126之间延伸的端口128。在实施方式中，电路104设置在基座122的第一表面124上。在另一实施方式中，电路104设置在MEMS装置100的外部。电路104可以被实现为专用集成电路(“ASIC”)或者可包括ASIC。
在实施方式中，盖130设置在基座122的第一表面124的上方，覆盖MEMS管芯102。在另一实施方式中，盖130设置在基座122的第一表面124的上方，覆盖MEMS管芯102和电路104。MEMS管芯102声学联接到端口128。例如，端口128可以是基座122中的孔，其允许声音穿过基座122到达MEMS管芯102。图4中MEMS装置100的实施方式被例示为底部端口实施方式，但是端口128可以位于外壳120的其它位置处。例如，端口128也可以在盖130上，这将说明一个顶部端口实施方式。端口128还可以在外壳120的一侧上，端口128可以在外壳120上的任何其它位置，或者可以没有端口128，例如对于MEMS管芯振动传感器或其它传感器。根据一个可能的实施方式，当MEMS管芯102包括至少一个膜片(未示出)时，膜片可以声学联接到端口128。
根据实施方式，MEMS装置100包括设置在基座122的第二表面126上的外部装置接口116。外部装置接口116可以被实现为表面安装接口或者可以包括配置用于主机装置上的通孔安装的引线。电路104还可以联接到外部装置接口116的触头，例如经由电引线114和/或穿过基座122的引线。电路104可以接收来自MEMS管芯102的电信号(例如经由电引线106和/或基座122中的引线)，通过使用外部装置接口116的触头与主机装置连接。根据实施方式，电路104被保护涂层112覆盖。
参照图5和图6，描述了确定MEMS装置的健康状况的方法的实施方式。图5示意性地例示了暴露于声源610的电路200(如图1所示)。
在图5的上下文中，图6例示了方法500的实施方式中的步骤，该方法用于基于MEMS管芯102(例如MEMS换能器)的测量标称电容来确定MEMS装置100的健康状况。在步骤502，例如来自声源610的外部音频测试音被MEMS换能器102接收。在步骤504，MEMS换能器102基于该测试音产生信号。在步骤506中，由MEMS换能器102产生的信号穿过第一电容器C1以产生第一输出信号。在步骤508，由MEMS换能器102产生的信号穿过第二电容器C2以产生第二输出信号。
仍然参照图6，在步骤510，电路200确定由MEMS换能器102产生的第一输出信号与第二输出信号之间的比率。在步骤512，电路基于第一输出信号与第二输出信号的比率以及第一电容器C1的电容与第二电容器C2的电容的比率确定MEMS换能器102的测量标称电容。在步骤514，电路200将测量标称电容与预期标称电容进行比较。可以将MEMS换能器102的测量标称电容与基线或参考信息进行比较或以其它方式进行评估。这种评估可以由电路200或设置在MEMS装置100上或内的其它电路来执行，或者另选地，测量标称电容可以被传输到主机或其它装置以进行评估。
在图6所示方法的另选实施方式中，外部音频音被由电路300的信号发生器304生成并注入到MEMS换能器102中的电输入代替。在实施方式中，由信号发生器304生成并注入到MEMS换能器102中的电输入包括固定频率的电输入。MEMS换能器102接收来自电路300的信号发生器304的电输入并且基于该电输入产生信号。该信号穿过第一电容器C1以产生第一输出信号并穿过第二电容器C2以产生第二输出信号。电路300确定第一输出信号与第二输出信号之间的比率，并且基于第一输出信号与第二输出信号的比率以及第一电容器C1与第二电容器C2的电容的比率进一步确定MEMS换能器102的测量标称电容。
电路300将测量标称电容与预期标称电容进行比较。可以将MEMS换能器102的测量标称电容与基线或参考信息进行比较或以其它方式进行评估。这种评估可以由电路300或设置在MEMS装置100上或内的其它电路来执行，或者另选地，测量标称电容可以被传输到主机或其它装置以进行评估。
图7例示了方法600的实施方式中的步骤，该方法600用于基于MEMS管芯102(例如MEMS换能器)的测量机械谐振频率来确定MEMS装置100的健康状况。方法700的步骤可以经由作为MEMS装置100的一部分的电路400来执行，或者方法700的步骤可以经由MEMS装置100外部的电路400或者由与MEMS装置100通信的主机装置来执行。
在步骤702，由MEMS管芯102(例如MEMS换能器)接收来自信号发生器404的可变频率电输入。在步骤704，MEMS换能器102基于可变频率电输入产生信号。在步骤706，电路400基于由MEMS换能器102产生的信号确定MEMS换能器102的测量机械谐振频率。在步骤708，电路400将测量机械谐振频率与预期标称机械谐振频率进行比较。如本文所讨论的，可以将MEMS换能器102的测量机械谐振频率与基线或参考信息进行比较或以其它方式进行评估。这种评估可以由电路400或设置在MEMS装置100上或内的其它电路来执行，或者另选地，测量机械谐振频率可以被传输到主机或其它装置以进行评估。
在方法700的实施方式中，MEMS换能器102接收的可变频率电输入是从MEMS装置100外部的源接收的。在方法700的另一实施方式中，MEMS换能器102接收的可变频率电输入是从MEMS装置100外部的源接收的，并且是MEMS装置100外部的电路400向MEMS换能器102提供可变频率电输入。
在方法700的其它实施方式中，可变频率电输入是在预定频率范围内由信号发生器404产生并注入到MEMS换能器102中。在另外的实施方式中，预定频率范围从约0Hz到约80000Hz。在其它实施方式中，可变频率电输入包括预定频率范围内的正弦波或方波输入，或者在另外的实施方式中，可变频率电输入包括具有随机频率的正弦波或方波输入。
本文描述的主题有时例示了包含在不同其它组件内或与不同其它组件连接的不同组件。应当理解，这样描述的架构是说明性的，并且实际上可以实现许多其它实现相同功能的架构。从概念上讲，实现相同功能的任何组件布置都是有效地“关联”的，从而实现了所需的功能。因此，本文中组合以实现特定功能的任何两个组件可以被视为彼此“关联”，从而实现期望的功能，而与架构或中间组件无关。同样，如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“在工作上连接”或“在工作上联接”以实现所需的功能，并且能够如此关联的任何两个组件也可以被视为“在工作上可联接”，以实现所需的功能。在工作上可联接的具体示例包括但不限于物理上可匹配和/或物理上交互的组件和/或无线交互和/或无线交互组件和/或逻辑交互和/或逻辑交互组件。
关于本文使用的复数和/或单数术语，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用从复数转变成单数和/或从单数转变成复数。为了清楚起见，可以在本文中明确阐述各种单数/复数置换。
本领域内的技术人员将理解，一般而言，本文、尤其是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，“具有”应解释为“至少具有”，“包含”应解释为“包含但不限于”等)。
尽管附图和描述可以说明方法步骤的特定顺序，但是这些步骤的顺序可能与所描绘和描述的不同，除非上面另有说明。此外，除非上面另有说明，否则两个或多个步骤可以同时或部分同时执行。例如，这种变化可能取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本实用新型的范围内。同样，所描述方法的软件实现可以用标准编程技术和基于规则的逻辑和其它逻辑来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
本领域的技术人员将进一步理解，如果所引入的权利要求叙述的具体数目是预期的，则这种意图将在权利要求中明确记载，并且在没有这种叙述的情况下，不存在这种意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可能包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或更多个”来介绍权利要求叙述。然而，此类短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”引入的权利要求叙述将包含此类引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制为仅包含一个此类叙述的实用新型，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或更多个”或“至少一个”以及不定冠词，例如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”通常应解释为表示“至少一个”或“一个或更多个”)；用于介绍权利要求叙述的定冠词的使用也是如此。此外，即使明确地列举了特定数量的引入的权利要求叙述，本领域技术人员也将认识到，这种叙述通常应该被解释为至少是所列举的数量(例如，“两次叙述”的简单叙述在没有其它修饰语的情况下通常意味着至少两次叙述，或者两次或更多次叙述)。
此外，在与“A、B和C中的至少一个”等类似的书写方式的那些情况下，如果使用这种结构，一般来说，这种结构是指本领域技术人员会理解该书写方式(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于以下系统：单独的A，单独的B，单独的C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，和/或A、B和C一起，等等)。在与“A、B或C中的至少一个”等类似的书写方式的那些情况下，如果使用这种结构，一般来说，这种结构是指本领域技术人员会理解该书写方式(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于以下系统：单独的A，单独的B，单独的C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，和/或A、B和C一起，等等)。本领域技术人员将进一步理解，实际上呈现两个或多个替代术语的任何分离词和/或短语，无论是在描述、权利要求或附图中，都应被理解为考虑包括这些条款之一、任何一个条款、或两个条款的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
此外，除非另有说明，否则使用词语“近似”、“大约”、“大致”、“基本上”等表示正负百分之十。
为了说明和描述的目的，已经呈现了说明性实施方式的前述描述。对于所描述的精确形式，其不旨在穷举或限制，并且根据以上教导修改和变化是可能的，或者可以从所描述的实施方式的实践中获得。本实用新型的范围旨在由所附权利要求及其等同物来定义。

Claims (15)

1.一种微机电系统装置，其特征在于，所述微机电系统装置包括：
微机电系统管芯；以及
电路，所述电路电连接到所述微机电系统管芯，所述电路包括：
第一电容器，所述第一电容器基于从所述微机电系统管芯接收的信号产生第一输出信号，以及
第二电容器，所述第二电容器基于从所述微机电系统管芯接收的信号产生第二输出信号，
其中，所述电路被配置成基于所述第一输出信号与所述第二输出信号的比率以及所述第一电容器的电容与所述第二电容器的电容的比率来确定所述微机电系统管芯的标称电容。
2.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，所述微机电系统装置还包括：
基座，所述基座具有第一表面、相反的第二表面和端口，其中，所述端口在所述第一表面与所述第二表面之间延伸，其中，所述电路设置在所述基座的所述第一表面上；以及
盖，所述盖设置在所述基座的所述第一表面的上方，覆盖所述微机电系统管芯和所述电路。
3.根据权利要求2所述的微机电系统装置，其特征在于，所述电路包括专用集成电路。
4.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其特征在于，所述电路还包括信号发生器，所述信号发生器被配置成将电输入注入到所述微机电系统管芯中。
5.根据权利要求4所述的微机电系统装置，其特征在于，所述电输入包括固定频率的电输入。
6.根据权利要求5所述的微机电系统装置，其特征在于，所述微机电系统装置还包括：
基座，所述基座具有第一表面、相反的第二表面和端口，其中，所述端口在所述第一表面与所述第二表面之间延伸，其中，所述电路设置在所述基座的所述第一表面上；以及
盖，所述盖设置在所述基座的所述第一表面的上方，覆盖所述微机电系统管芯和所述电路。
7.根据权利要求6所述的微机电系统装置，其特征在于，所述电路包括专用集成电路。
8.一种微机电系统装置，其特征在于，所述微机电系统装置包括：
微机电系统管芯；以及
电路，所述电路电连接到所述微机电系统管芯，所述电路包括信号发生器，所述信号发生器被配置成将可变频率电输入注入到所述微机电系统管芯中；
其中，所述电路被配置成确定所述微机电系统管芯的机械谐振频率。
9.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其特征在于，所述可变频率电输入包括具有随机频率的方波。
10.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其特征在于，所述信号发生器还被配置成注入预定频率范围内的所述可变频率电输入。
11.根据权利要求10所述的微机电系统装置，其特征在于，所述预定频率范围是从0Hz到80000Hz。
12.根据权利要求11所述的微机电系统装置，其特征在于，所述可变频率电输入包括正弦波。
13.根据权利要求11所述的微机电系统装置，其特征在于，所述可变频率电输入包括方波。
14.根据权利要求8所述的微机电系统装置，其特征在于，所述微机电系统装置还包括：
基座，所述基座具有第一表面、相反的第二表面和端口，其中，所述端口在所述第一表面与所述第二表面之间延伸，其中，所述电路设置在所述基座的所述第一表面上；以及
盖，所述盖设置在所述基座的所述第一表面的上方，覆盖所述微机电系统管芯和所述电路。
15.根据权利要求14所述的微机电系统装置，其特征在于，所述电路包括专用集成电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6985271B2 (en) * 2002-03-12 2006-01-10 Corning Incorporated Pointing angle control of electrostatic micro mirrors
EP2237571A1 (en) 2009-03-31 2010-10-06 Nxp B.V. MEMS transducer for an audio device
CN103858446A (zh) 2011-08-18 2014-06-11 美商楼氏电子有限公司 用于mems装置的灵敏度调整装置和方法
US9459276B2 (en) 2012-01-06 2016-10-04 Sensor Platforms, Inc. System and method for device self-calibration
US8995694B2 (en) 2012-02-01 2015-03-31 Knowles Electronics, Llc Embedded circuit in a MEMS device
WO2013184816A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-12 Analog Devices, Inc. Mems sensor with dynamically variable reference capacitance
US9743191B2 (en) 2014-10-13 2017-08-22 Knowles Electronics, Llc Acoustic apparatus with diaphragm supported at a discrete number of locations
US20160134975A1 (en) 2014-11-12 2016-05-12 Knowles Electronics, Llc Microphone With Trimming
US9781505B2 (en) 2015-01-09 2017-10-03 Knowles Electronics, Llc Top port microphone apparatus
WO2016153851A1 (en) 2015-03-20 2016-09-29 Knowles Electronics, Llc Acoustic device with one or more trim capacitors
US10045104B2 (en) 2015-08-24 2018-08-07 Knowles Electronics, Llc Audio calibration using a microphone
US11218804B2 (en) 2017-02-14 2022-01-04 Knowles Electronics, Llc System and method for calibrating microphone cut-off frequency
EP3855129B1 (en) 2017-03-22 2023-10-25 Knowles Electronics, LLC Interface circuit for a capacitive sensor
CN111869237B (zh) 2017-12-27 2022-02-18 美商楼氏电子有限公司 换能器组件故障检测
US20200154223A1 (en) 2018-11-09 2020-05-14 Knowles Electronics, Llc Systems and methods for calibrating microphone assemblies including a membrane barrier

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