KR102034604B1

KR102034604B1 - Ａｓｉｃ 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 가속도계의 자가 테스트

Info

Publication number: KR102034604B1
Application number: KR1020130036906A
Authority: KR
Inventors: 조나단 애덤 크렉스; 이온 오프리스; 저스틴 셍
Original assignee: 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2019-10-21
Also published as: KR20130112804A; CN203275442U; CN103364590B; CN103364590A

Abstract

장치는 제1 전기용량 요소와 제2 전기용량 요소를 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 센서, 및 집적 회로(IC)를 포함한다. IC는 스위치 네트워크 회로 및 캐패시턴스 측정 회로를 포함한다. 스위치 네트워크 회로는 상기 IC의 제1 입력부로부터 MEMS 센서의 제1 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하고, IC의 제2 입력부로 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속하도록 구성된다. 캐패시턴스 측정 회로는 접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 동안 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하도록 구성될 수 있다.

Description

ＡＳＩＣ 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 가속도계의 자가 테스트{SELF TEST OF MEMS ACCELEROMETER WITH ASICS INTEGRATED CAPACITORS}

본 발명은 ASIC 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 가속도계의 자가 테스트에 관한 것이다

미소 기전 시스템(Micro-electromechanical system, MEMS)은 집적 회로를 제작하는데 사용되는 기술과 유사한 포토 리소그래피 기술을 사용하여 제작되는 전자적 및 기계적 기능을 수행하는 소 기계 장치를 포함한다. 몇몇의 MEMS 장치는 가속도계와 같이 움직임을 검출하거나, 자이로스코프와 같이 각속도를 검출할 수 있는 센서이다. 가속도계는 상기 장치에 동작하는 가속도계에 응답하여 측정가능한 변화를 받는 장치이다. MEMS 가속도계는 압전기의, 압전저항의, 전기용량의 가속도계를 포함할 수 있다. 전기용량의 가속도계는 가속도에 응답하여 캐패시턴스의 변화를 받는다. MEMS 가속도계의 제조는 제조된 장치에 어떠한 결함이라도 빨리 검출해야하는 테스트 단계를 포함한다.

본 명세서에서는 MEMS 센서를 테스트하는 다른 부품들, 장치, 시스템 및 방법을 기술하고 있다.

일 실시예인 장치는 제1 전기용량 요소 및 제2 전기용량 요소를 포함하는 미소 기전 시스템(MEMS) 센서, 및 집적 회로(IC)를 포함한다. IC는 스위치 네트워크 회로 및 캐패시턴스 측정 회로를 포함한다. 스위치 네트워크 회로는 IC의 제1 입력부로부터 MEMS 센서의 제1 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하고, IC의 제2 입력부에 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속하도록 구성된다. 캐패시턴스 측정 회로는, 접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 동안, MEMS 센서의 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하도록 구성될 수 있다.

여기서 본 특허출원의 대상에 대한 개요를 제공하려는 의도이며, 본 발명에 대한 제한적인 설명을 제공하려는 의도는 아니다. 상세한 설명은 본 특허출원에 대한 추가의 정보를 제공하려는 의도로 기술된다.

MEMS 센서에 요구되는 회로 부품 및 회로 접점의 수가 작아져서, MEMS 센서의 설계가 간소화될 수 있다.

도면에서는, 스케일을 필수적으로 도시하지 않으며, 부호 등은 다양한 시각으로 유사한 부품들을 묘사할 수 있다. 도면은 일반적으로 본 명세서에서 기술된 다양한 실시태양을 실시예의 방법으로 도시하나, 그에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 MEMS 센서 및 집적 회로의 일 실시예의 부분에 대한 블록도를 도시하고 있다.
도 2는 MEMS 센서의 자가 테스트를 구현하는 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 3은 MEMS 센서를 테스트하기 위한 회로의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 4는 MEMS 센서를 테스트하기 위한 회로의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 5는 구체적인 테스트 회로의 일 실시예를 도시하고 있다.

도 1은 센서 출력의 변화를 모니터링하는 집적 회로(110)(IC) 및 MEMS 센서(105)의 일 실시예의 부분에 대한 블록도를 도시하고 있다. MEMS 센서(105)는 상기 센서에 영향을 주는 가속도에 응답하여 상기 센서의 캐패시턴스의 변화를 IC가 모니터링하는 전기용량의 가속도계일 수 있다.

전형적인 MEMS 전기용량의 가속도계는 기준 프레임에 기계적 서스펜션을 통해 부착된 전기용량의 요소들을 가진 이동성의 검증 질량(proof mass)을 포함한다. 두 개의 전기용량 요소가 회로 캐패시터로서 도 1에 도시되어 있으며, CaP 및 CaN로 표시되어 있다. 실제 전기용량 요소는 전기적으로 연결된(예컨대, 병렬로) 다중 플레이트로 구성되어, 도면에 캐패시터 CaP 또는 CaN로서 도시된 전체 캐패시턴스를 제공할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 캐패시터는, 이동성의 검증 질량으로 회로 연결을 나타낼 수 있는, MEMS 센서(105)의 두 개의 출력부로부터 일반 회로 노드(115)로의 브리지를 형성한다. 각 캐패시터의 하나의 플레이트나 플레이트 세트가 이동성의 검증 질량에 부착될 수 있으며, 이때 다른 플레이트나 플레이트의 세트는 정지되어 있다.

MEMS 가속도계로 인가되는 가속은 검증 질량의 이동성을 유발시킨다. 검증 질량의 이동은 캐패시터의 플레이트 사이에 공간을 변화시킨다. 이 이동은 두 개의 전기용량 요소 사이의 캐패시턴스의 차이의 결과에 대략 비례한다. 검증 질량 및 기계적 서스펜션을 탄성으로서 모델링하는 것은, 훅의 법칙(Hook's Law)에 따라 상기 이동으로부터 가속이 결정될 수 있도록 한다.

일반적으로, 캐패시터 쌍에 대한 캐패시터의 변화는 하나의 방향으로의 가속과 관계가 있다. 제1 쌍에 직교하도록 배열되는 추가의 캐패시터 쌍을 더하는 것은 결정되는 제2 방향으로의 가속을 가능하게 하며, 이는 두 축 가속도계로서 사용될 수 있다. 세 개의 캐패시터 쌍은 세 축 또는 삼차원(3D) 가속도계가 가능하도록 한다.

가속도계를 테스트하기 위해, 장점은 전기용량의 MEMS 센서가 구동기(actuator)로서 사용될 수 있다는 사실이다. 일반적으로, 캐패시터는 테스트 모드에서 정전기 전하를 더하고 검증 질량을 구동하도록 사용되는 MEMS 센서에 추가된다. 더 나은 접근법은 테스트에서 감지 전기용량 요소를 사용하는 것이다. 이는 테스트 전용인 부품을 제거함으로써 MEMS 센서의 설계를 단순화시킨다.

도 2는 MEMS 전기용량 센서의 자가 테스트를 구현하는 방법(200)의 일 실시예에 대한 흐름도이다. 일반 작동 모드에서, MEMS 센서는 도 1에서처럼 IC(예컨대, 응용 특정 집적 회로 또는 ASIC)에 전기적으로 접속된다. IC는 일반 모드에서 MEMS 센서의 출력부에서 캐패시턴스를 측정한다. 블록(205)에서, MEMS 센서의 제1 전기용량 요소는 테스트 모드에서 IC로부터 전기적으로 접속해제된다. 블록(210)에서, 제1 전기 신호가 접속해제된 전기용량 요소에 인가된다. 제1 전기 신호의 인가는, 검증 질량이 이동하여, 블록(215)에서 측정되는 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 변화시킬 것을 야기한다. 유사하게 제1 전기용량 요소가 측정될 수 있다.

도 1로 돌아와서, IC(110)는 스위치 네트워크 회로(120)를 포함한다. 스위치 네트워크 회로(120)는 일반 모드 및 테스트 모드에서 작동할 수 있다. 일반 작동 모드에서, 스위치 네트워크는 전기용량 요소 쌍으로서 MEMS 센서(105)의 제1 및 제2 전기용량 요소(예컨대, CaP 및 CaN)를 연결할 수 있다. 전기용량 요소 쌍은 가속도에 응답하여 캐패시턴스를 변화시키고, 이로써 가속도-대-캐패시턴스 센서를 형성한다.

테스트 모드에서, 스위치 네트워크 회로(120)가 IC의 제1 입력부로부터 MEMS 센서(105)의 제1 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제할 수 있고, IC(110)의 제2 입력부에 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속할 수 있다. IC(110)는, 접속해제된 제1 전기용량 요소에 제1 전기 신호를 인가하는 동안, MEMS 센서의 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 캐패시턴스 측정 회로(125)를 또한 포함한다.

도 3은 이러한 테스트 접근법을 도시하고 있다. 캐패시터 CaN를 테스트하기 위해, MEMS 센서(305)의 캐패시터 CaP는 전기적으로 접속해제되거나, 그렇지 않으면 IC(310)의 회로들로부터 전기적으로 접속해제된다. 검증 질량과의 외부의 전기적 연결은 두 캐패시터에 공통된 회로 노드(315)(노드A로 표시)에서 가능하다. 전기 신호는 접속해제된 캐패시터 CaP의 레그(노드B로 표시)로 인가된다. 노드B는 센서를 테스트 하기 위해 노드A의 위상 내에서 또는 노드A의 위상 밖에서 구동될 수 있다. 반대 위상을 가지고, 검증 질량이 정전기적으로 당겨져서, 가속력의 변화가 에뮬레이트된다. 그리고 나서, 노드B를 구동하는 동안, CaN의 캐패시턴스가 측정된다. 검증 질량이 이동할 때 전기용량 요소가 변화하는 것이 입증될 수 있다. 같은 위상을 가진 노드A 및 노드B를 구동할 때는, 캐패시턴스가 조금만 변화되거나 전혀 변화되지 않음이 입증될 수 있다.

캐패시터 CaP가 유사한 방법으로 측정될 수 있다. 이는 도 4에 도시되어 있다. 캐패시터 요소 CaP를 측정하기 위해, 스위치 네트워크 회로가 IC(410)으로부터 MEMS 센서(405)의 캐패시터 CaN를 전기적으로 접속해제하고, IC(410)로 캐패시터 CaP를 전기적으로 접속시킨다. 접속해제된 캐패시터 CaN의 레그(노드B로 표시됨)로 전기 신호가 인가된다. 노드B는 상기 센서를 테스트하기 위해, 노드A의 위상 내에서 또는 노드A의 위상 밖에서 구동될 수 있다. MEMS 센서는 다차원 센서이며, 상기 테스트는 다중 전기용량 요소 쌍에 대해 반복될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 접속해제된 캐패시터를 구동하도록 사용되는 전기 신호는 구형파(square wave)이다. 도 1로 돌아가서, 접속해제된 제1 전기용량 요소(예컨대, 도 3의 CaP)로 제1 구형파를 인가하고, 외부 회로 노드(예컨대, 도 3의 회로 노드(315))로 제2 구형파를 인가하기 위해, 테스트 회로(130)가 사용될 수 있다. 외부 회로 노드는 제1 전기용량 요소 및 제2 전기용량 요소에 공통되며, 검증 질량에 전기적으로 접속될 수 있다.

제1 및 제2 구형파 신호를 인가하는 동안, 캐패시턴스 측정 회로(125)가 제2 전기용량 요소(예컨대, 도 3의 CaN)의 캐패시턴스를 측정한다. 특정 실시예에서, 제2 구형파 신호는 가속의 변화를 에뮬레이트하기 위해 제1 구형파 신호의 위상의 반대 위상을 가진다. 상기 장치의 테스트는 단순히 통과/탈락 테스트이거나, 캐패시턴스의 변화를 수량화하여 타겟 캐패시턴스 값 또는 값의 범위에 대한 변화량을 비교하는 테스트일수도 있다. 특정 실시예에서, 제2 구형파 신호는 제1 구형파 신호의 위상 내에 있다. 그리고 나서, 이 테스트로 측정된 캐패시턴스가 타겟 캐패시턴스 값의 미만임이 입증될 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 캐패시턴스 측정 회로(125)는 측정되는 전기용량 요소(예컨대, CaP 또는 CaN)의 캐패시턴스를 나타내는 디지털 값을 생성하도록 구성된 차동 입력 아날로그 디지털 변환기(ADC) 회로를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 캐패시턴스 측정 회로(125)는 차동 입력 시그마 델타 ADC 회로를 포함한다.

도 5는 MEMS 센서의 전기용량 요소가 시그마 델타 ADC 회로(525)로 연결되는 방법의 구체적 실시예를 보여주는 도 4의 테스트 회로도이다. 이 실시예는 일차 적분기 및 캐패시터를 포함한다. 특정 실시예에서, 적분기는 고차 적분기일 수도 있다. 시그마 델타 ADC 회로(525)의 출력이 MEMS 센서의 캐패시턴스를 나타내는 수를 생성한다. 이러한 방법으로,MEMS 센서의 전기용량 요소는 시그마 델타 ADC를 구비한 캐패시턴스-대-전압 센서 회로를 형성한다. 디지털 저역 통과 필터 회로(135)에 의해 시그마 델타 ADC 회로의 출력이 따라올 수 있다. 도 5의 실시예에서, 시그마 델타 ADC 회로(525)의 출력은, 스위치 네트워크 회로가 테스트 모드에서 작동하는 경우에 CaP의 캐패시턴스를 나타내는 수를 생성하도록 사용된다.

IC는 CstP 및 CstN로 구성되는 자가 테스트 캐패시터 쌍을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 캐패시터는 캐패시턴스와 동일한 값을 가진다. MEMS 센서의 제1 전기용량 요소는 IC로부터 전기적으로 접속해제되고, 스위치 네트워크 회로는 ADC 회로의 제1 입력부에 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속할 수 있고, ADC 회로의 제2 입력부에 자가 테스트 캐패시터 쌍을 전기적으로 접속할 수 있다. 따라서, 스위치 네트워크 회로는 IC의 캐패시턴스-대-전압 센서의 부분으로서 자가 테스트 캐패시터 쌍을 구성한다.

몇몇 실시예에서, IC는, ADC 회로의 임의의 공통 모드 오프셋을 취소하도록 사용되는, 하나 이상의 오프셋 캐패시터(예컨대, CofP 및/또는 CofN)를 포함한다. MEMS 센서의 제1 전기용량 요소가 IC로부터 전기적으로 접속해제되면, 스위치 네트워크 회로는, 제2 전기용량 요소가 측정되는 동안, 차동 입력 ADC 회로의 제1 입력부에 제2 전기용량 요소 및 오프셋 캐패시터를 전기적으로 접속시킨다. 도 5의 실시예에서, MEMS 캐패시터(CaP) 및 오프셋 캐패시터(CofP)는 전압 센서로 통합되어 캐패시터의 부분을 형성하여, ADC 회로의 입력을 형성한다.

가속도를 측정하기 위해 사용되는 MEMS 센서의 전기용량 요소만이 오직 테스트에 사용되고, 상기 MEMS 센서는 추가의 테스트 캐패시터를 요구하지 않음을 알아야 한다. 따라서, 더 작은 수의 회로 부품 및 더 작은 수의 회로 접점이 MEMS 센서에 요구되므로, 그 설계가 간소화될 수 있다.

추가의 실시예

실시예 1은 제1 전기용량 요소 및 제2 전기용량 요소를 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 센서, 및 IC를 포함하는 대상(예컨대 장치)를 포함하거나 사용할 수 있다. IC는, 상기 IC의 제1 입력부로부터 MEMS 센서의 제1 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하고, 상기 IC의 제2 입력부에 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속하도록 구성된 스위치 네트워크 회로, 및 접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 동안 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하도록 구성된 캐패시턴스 측정 회로를 포함할 수 있다.

실시예 2에서, 실시예 1의 대상이 IC로부터 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하고, IC에 제1 전기용량 요소를 전기적으로 접속하도록 구성된 스위치 네트워크를 선택적으로 포함할 수 있다. 캐패시턴스 측정 회로는 접속해제된 제2 전기용량 요소로 제2 전기 신호를 인가하는 동안, MEMS 센서의 제1 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

실시예 3에서, 실시예 1 및 2 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이, 접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 구형파 신호를 인가하고, 제1 전기용량 요소 및 제2 전기용량 요소에 공통되는 외부 회로 노드로 제2 구형파 신호를 인가하도록 구성된 테스트 회로를 선택적으로 포함할 수 있다. 제2 구형파 신호는 제1 구형파 신호의 위상에 반대되는 위상을 선택적으로 가질 수 있고, 캐패시턴스 측정 회로는 제1 및 제2 구형파 신호를 인가하는 동안 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

실시예 4에서, 실시예 1 및 2 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 구형파 신호를 인가하고, 제1 전기용량 요소 및 제2 전기용량 요소에 공통되는 외부 노드로 제2 구형파 신호를 인가하도록 구성된 테스트 회로를 선택적으로 포함할 수 있다. 제2 구형파 신호는 제1 구형파 신호의 위상 내에 선택적으로 있을 수 있고, 캐패시턴스 측정 회로는 제1 및 제2 구형파 신호를 인가하는 동안 캐패시턴스를 측정하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

실시예 5에서, 실시예 1 내지 4 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 나타내는 디지털 값을 생성하도록 구성되는 차동 입력 ADC 회로를 포함하는 캐패시턴스 측정 회로를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 6에서, 실시예 5의 대상이 자가 테스트 캐패시터 쌍을 구비한 IC를 선택적으로 포함할 수 있다. 스위치 네트워크 회로가 ADC 회로의 제1 입력부에 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속하고, IC의 내부에 캐패시턴스-대-전압 센서로서 자가 테스트 캐패시터 쌍을 구성하고, ADC 회로의 제2 입력부에 자가 테스트 캐패시터 쌍을 전기적으로 접속하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

실시예 7에서, 실시예 5 및 6 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이, ADC 회로의 임의의 공통 모드 오프셋을 취소시키도록 구성된 하나 이상의 오프셋 캐패시터를 구비하는 IC를 선택적으로 포함할 수 있다. 스위치 네트워크 회로는 제2 전기용량 요소를 측정하는 동안 차동 입력 ADC 회로의 제1 입력부에 제2 전기용량 요소 및 오프셋 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

실시예 8에서, 실시예 5 내지 7 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 차동 입력 시그마 델타 ADC 회로를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 9에서, 실시예 1 내지 8 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 테스트 모드 및 일반 모드에서 작동하도록 선택적으로 구성될 수 있는 스위치 네트워크 회로를 선택적으로 포함할 수 있다. 테스트 모드에서, 스위치 네트워크는 IC로부터 제1 전기용량 요소 또는 제2 전기용량 요소의 적어도 하나를 전기적으로 접속해제하도록 선택적으로 구성될 수 있고, 일반 모드에서 스위치 네트워크 회로는 제1 전기용량 요소 쌍으로서 MEMS 센서의 제1 및 제2 전기용량 요소를 연결하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 제1 전기용량 요소 쌍은 제1 방향의 가속도에 응답하여 캐패시턴스를 변화하도록 선택적으로 구성될 수 있다.

실시예 10에서, 실시예 1 내지 9 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 캐패시턴스-대-전압 센서 회로를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 11에서, 실시예 1 내지 10 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 가속도계를 포함하는 MEMS 센서를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 12는, IC로부터 MEMS 센서의 제1 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하는 단계, 접속해제된 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 단계, 및 제1 전기 신호를 인가하는 동안 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 갖는 대상을 포함하도록, 실시예 1 내지 11 중 하나 또는 임의의 조합의 대상(예컨대, 방법, 방법을 수행하는 수단, 또는 기계에 의해 수행될 때 그 기계가 방법을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기계 판독가능 매체)을 포함하거나, 상기 대상을 선택적으로 조합할 수 있다. 이러한 대상은 제1 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단의 도시된 실시예는 하나 이상의 스위치 회로 또는 스위치 네트워크를 포함할 수 있다. 이러한 대상은 접속해제된 전기 용량 요소에 제1 전기 신호를 인가하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단의 도시된 실시예는 테스트 신호 회로를 포함할 수 있다. 이러한 대상은 제1 전기 신호를 인가하는 동안 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 이 수단의 도시된 실시예는 캐패시턴스 측정 회로, ADC 회로, 및 차동 시그마 델타 ADC 회로를 포함할 수 있다.

실시예 13에서, 실시예 12의 대상이 IC로부터 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하는 단계, 제2 전기용량 요소에 제2 전기 신호를 인가하는 단계 및 제2 전기 신호를 인가하는 동안 MEMS 센서의 제1 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 14에서, 실시예 12 및 13 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 제1 전기용량 요소에 제1 구형파 신호를 인가하는 단계, 제1 전기용량 요소 및 제2 전기용량 요소에 공통되는 외부 노드로, 제1 구형파 신호의 위상에 반대되는 위상을 가지는 제2 구형파 신호를 인가하는 단계, 및 제1 및 제2 구형파 신호를 인가하는 동안 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 15에서, 실시예 12 및 13 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 제1 전기용량 요소로 제1 구형파 신호를 인가하는 단계, 제1 전기용량 요소 및 제2 전기용량 요소에 공통되는 외부 노드로, 제1 구형파 신호의 위상 내에 있는 제2 구형파 신호를 인가하는 단계, 및 제1 및 제2 구형파 신호를 인가하는 동안 측정되는 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 16에서, 실시예 12 내지 15 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 차동 입력 시그마 델타 아날로그 디지털 변환기(ADC) 회로를 사용하여 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 나타내는 디지털 값을 생성하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 17에서, 실시예 16의 대상이 차동 입력 ADC 회로의 제1 입력부에 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속하는 단계, 및 ADC 회로의 제2 입력부에 IC의 내부에 있는 자가 테스트 캐패시터 쌍을 전기적으로 접속하는 단계로서, 상기 자가 테스트 캐패시터 쌍은 IC의 내부에 있는 전하-대-전압 센서를 형성하는, 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 18에서, 실시예 12 내지 17 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이 제1 및 제2 전기용량 요소를 측정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 이때, 테스트 모드 동안 제1 및 제2 전기용량 요소가 측정되며, 일반 작동 모드에서, 제1 및 제2 전기용량 요소는 제1 전기용량 요소를 포함하고, 제1 방향의 가속도에 응답하여 캐패시턴스를 변화하도록 구성된다.

실시예 19에서, 실시예 12 내지 18 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이, 일반 작동 모드에서 하나 이상의 오프셋 캐패시터를 사용하여 임의의 공통 모드를 취소하는 단계, 및 테스트 모드 동안 제2 전기용량 요소를 측정할 때, 차동 입력 ADC 회로의 제1 입력부에 오프셋 캐패시터 및 제2 전기용량 요소를 전기적으로 접속하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 20에서, 실시예 12 내지 19 중 하나 또는 임의의 조합의 대상이, 가속도-대-캐패시턴스 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

실시예 21은 실시예 1 내지 20의 임의의 하나 이상의 기능들을 수행하기 위한 수단, 또는 기계에 의해 수행될 때 그 기계가 실시예 1 내지 20의 임의의 하나 이상의 기능을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기계 판독가능 매체를 구비할 수 있는 대상을 포함하도록, 실시예 1 내지 20의 임의의 하나 이상의 실시예의 임의의 부분 또는 임의의 부분들의 조합을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.

이러한 비제한적인 실시예는 각각 그 자체로 만족될 수 있거나, 하나 이상의 다른 실시예와 다양한 치환 또는 결합으로 조합될 수 있다.

상기 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 이루는 첨부 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면은, 실례로서, 본 발명을 실시할 수 있는 구체적인 실시예를 나타낸다. 이들 실시예를 여기서는 "실시형태" 또는 "예"라고도 한다. 본 명세서에 언급된 모든 공보, 특허, 및 특허문헌은 원용에 의해 개별적으로 본 명세서에 포함되는 것처럼, 그 내용 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 본 명세서와 원용에 의해 포함되는 상기 문헌들 사이에서 사용에 불일치가 있는 경우, 포함된 문헌에서의 사용은 그 명세서의 부분에 대한 보충으로서 고려되어야 하며; 양립할 수 없는 모순이 있는 경우, 본 명세서의 사용이 우선한다.

본 명세서에서는, "일" 또는 "하나의"라는 표현은, 특허 문헌에서 흔히 쓰이는 바와 같이, 다른 경우들이나 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 표현의 용법과 관계없이 하나 또는 하나 이상을 포함하도록 사용된다. 본 명세서에서는, 특별한 지시가 없는 이상 "A 또는 B"가 "A이나 B가 아닌", "B이나 A가 아닌" 및 "A 및 B"를 포함하도록, "또는"이라는 표현은 독점적이지 않은 것을 언급하도록 사용된다. 첨부된 청구범위에서, "포함하다(including)" 및 "~인(in which)"이라는 표현은 "구비하다(comprising)" 및 "~인, ~이고(wherein)"의 공통 등가물로 사용된다. 또한, 이하의 청구범위에서는, "포함하다" 및 "구비하다"라는 표현이 개방형(open-eneded)의 의미를 갖는다. 즉, 청구항에서 이 표현 앞에 열거된 것 이외의 요소들을 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 또는 프로세스 또한 여전히 그 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 더욱이, 이하의 청구범위에서, "제1", "제2" 및 "제3" 등의 표현은 단순히 표지로서 사용되며, 그러한 대상에 대한 수적 요건을 강제하려는 의도는 아니다.

상기한 설명은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 예컨대, 전술한 실시예(또는 이러한 실시예의 하나 이상의 특징)는 서로 조합되어 이용될 수도 있다. 통상의 기술자가 상기한 설명을 검토함으로써 다른 실시예가 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 부분에서는, 여러 특징을 함께 그룹으로 묶어 개시내용을 간략화하였을 수도 있다. 이것은 청구되지 않은 공개된 특징이 임의의 청구항에 필수적인 것은 아님을 의도하는 것으로 해석되어야 한다. 오히려, 발명의 청구 대상은 특정한 공개 실시형태의 모든 특징보다 작게 두어도 좋다. 따라서, 이하의 청구범위는 이에 의하여 상세한 설명에 포함되는 것이며, 각각의 청구항은 개별적인 실시형태를 나타낸다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위와 함께 청구항으로 나타낸 등가물의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다.

105: MEMS 센서
110: IC
115: 공통 회로 노드
120: 스위치 네트워크 회로
125: 캐패시턴스 측정 회로
130: 테스트 회로
135: 디지털 저역 통과 필터 회로

Claims

미소 기전 시스템(Micro-electromechanical system, MEMS) 센서, 및 집적 회로(integrated circuit, IC)를 포함하고,
상기 MEMS 센서는, 제1 MEMS 전기용량 요소와 제2 MEMS 전기용량 요소를 포함하고,
상기 IC는,
상기 IC의 제1 입력부로부터 상기 MEMS 센서의 제1 MEMS 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하고, 상기 IC의 제2 입력부에 상기 제2 MEMS 전기용량 요소를 전기적으로 접속하도록 구성된 스위치 네트워크 회로, 및
접속해제된 제1 MEMS 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 동안 상기 MEMS 센서의 제2 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하도록 구성된 캐패시턴스 측정 회로를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위치 네트워크 회로는 상기 IC로부터 상기 MEMS 센서의 제2 MEMS 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하고, 상기 IC에 상기 제1 MEMS 전기용량 요소를 전기적으로 접속하도록 구성되고,
상기 캐패시턴스 측정 회로는 접속해제된 제2 MEMS 전기용량 요소로 제2 전기 신호를 인가하는 동안 상기 MEMS 센서의 제1 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 접속해제된 제1 MEMS 전기용량 요소로 제1 구형파(square wave) 신호를 인가하고, 상기 제1 MEMS 전기용량 요소 및 상기 제2 MEMS 전기용량 요소에 공통된 외부 회로 노드로 제2 구형파 신호를 인가하도록 구성된 테스트 회로를 포함하고,
상기 제2 구형파 신호는 상기 제1 구형파 신호의 위상에 반대되는 위상을 가지며,
상기 캐패시턴스 측정 회로는 상기 제1 구형파 신호와 상기 제2 구형파 신호를 인가하는 동안 상기 제2 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 접속해제된 제1 MEMS 전기용량 요소로 제1 구형파 신호를 인가하고, 상기 제1 MEMS 전기용량 요소 및 상기 제2 MEMS 전기용량 요소에 공통된 외부 노드로 제2 구형파 신호를 인가하도록 구성된 테스트 회로를 포함하고,
상기 제2 구형파 신호는 상기 제1 구형파 신호의 위상 내에 있고,
상기 캐패시턴스 측정 회로는 상기 제1 구형파 신호와 상기 제2 구형파 신호를 인가하는 동안 상기 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 캐패시턴스 측정 회로는 상기 제2 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스를 나타내는 디지털 값을 생성하도록 구성된 차동 입력 아날로그 디지털 변환기(ADC) 회로를 포함하는, 장치.
제5항에 있어서,
상기 IC는 자가 테스트 캐패시터 쌍을 포함하고,
상기 스위치 네트워크 회로는,
상기 ADC 회로의 제1 입력부에 상기 MEMS 센서의 제2 MEMS 전기용량 요소를 전기적으로 접속하도록 구성되고,
상기 IC 내부에 있는 캐패시턴스-대-전압 센서로서의 상기 자가 테스트 캐패시터 쌍을 구성하여, 상기 ADC 회로의 제2 입력부에 상기 자가 테스트 캐패시터 쌍을 전기적으로 접속하도록 구성되는, 장치.
제5항에 있어서,
상기 IC는 상기 ADC 회로의 임의의 공통 모드 오프셋을 취소하도록 구성된 하나 이상의 오프셋 캐패시터를 포함하고,
상기 스위치 네트워크 회로는 상기 제2 MEMS 전기용량 요소를 측정하는 동안 상기 차동 입력 ADC 회로의 제1 입력부에 상기 제2 MEMS 전기용량 요소 및 상기 오프셋 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 구성되는, 장치.
제5항에 있어서,
상기 ADC 회로는 차동 입력 시그마 델타 ADC 회로인, 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위치 네트워크 회로는 테스트 모드와 일반 모드에서 작동하도록 구성되고,
상기 테스트 모드에서 상기 스위치 네트워크는 상기 IC로부터 상기 제1 MEMS 전기용량 요소 또는 상기 제2 MEMS 전기용량 요소 중 하나 이상을 전기적으로 접속해제하도록 구성되며,
상기 일반 모드에서 상기 스위치 네트워크 회로는 상기 MEMS 센서의 상기 제1 MEMS 전기용량 요소와 상기 제2 MEMS 전기용량 요소를 제1 전기용량 요소 쌍으로서 접속하도록 구성되며,
상기 제1 전기용량 요소 쌍은 제1 방향의 가속도에 응답하여 캐패시턴스를 변화하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 IC는 캐패시턴스-대-전압 센서 회로를 포함하는, 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 MEMS 센서는 가속도계를 포함하는, 장치.
IC로부터 MEMS 센서의 제1 MEMS 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하는 단계;
접속해제된 MEMS 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 단계; 및
상기 제1 전기 신호를 인가하는 동안 상기 MEMS 센서의 제2 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계
를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서,
상기 IC로부터 상기 MEMS 센서의 제2 MEMS 전기용량 요소를 전기적으로 접속해제하는 단계;
상기 제2 MEMS 전기용량 요소로 제2 전기 신호를 인가하는 단계; 및
상기 제2 전기 신호를 인가하는 동안 상기 MEMS 센서의 제1 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제1 전기 신호를 인가하는 단계는, 상기 제1 MEMS 전기용량 요소로 제1 구형파(square wave) 신호를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 제2 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계는, 상기 제1 MEMS 전기용량 요소와 상기 제2 MEMS 전기용량 요소에 공통된 외부 노드로 제2 구형파 신호를 인가하는 단계를 포함하며,
상기 제1 구형파 신호 및 상기 제2 구형파 신호를 인가하는 동안 상기 제2 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스가 측정되며,
상기 제2 구형파 신호는 상기 제1 구형파 신호의 위상에 반대되는 위상을 갖는, 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제1 전기 신호를 인가하는 단계는, 상기 제1 MEMS 전기용량 요소로 제1 구형파 신호를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 제2 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 단계는, 상기 제1 MEMS 전기용량 요소와 상기 제2 MEMS 전기용량 요소에 공통된 외부 노드로 제2 구형파 신호를 인가하는 단계를 포함하며,
상기 제1 구형파 신호 및 상기 제2 구형파 신호를 인가하는 동안 상기 제2 MEMS 전기용량 요소의 캐패시턴스가 측정되며,
상기 제2 구형파 신호는 상기 제1 구형파 신호의 위상 내에 있는, 방법.