KR20140113476A - 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치 및 방법 - Google Patents

용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

실시예들은 가변 커팬시턴스를 가지는 센서 캐패시터를 구비하는 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 측정 모듈 및 프로세서를 포함한다. 측정 모듈은 센서 캐패시터로의 제 1 전기 입력 신호에 응답하여, 센서 캐패시터의 제 1 캐패시턴스를 나타내는 제 1 양을 결정하고, 센서 캐패시터로의 제 2 전기 입력 신호에 응답하여 센서 캐패시터의 제 2 캐패시턴스를 나타내는 제 2 양을 결정하도록 구성된다. 프로세서는 결정되는 제 1 및 제 2 양에 기초하여 센싱 디바이스의 감도를 결정하도록 구성된다.

Description

용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING THE SENSITIVITY OF A CAPACITIVE SENSING DEVICE}
실시예들은 용량성 센싱 디바이스들의 감도를 결정하는 장치들 및 방법들에 관한 것으로, 특히 실리콘(콘덴서) 마이크로폰들 및 상응하는 압력 센서들과 같은 가변 센서 캐패시턴스들을 가지는 용량성 전기기계 센싱 디바이스들의 감도를 결정하는 장치들 및 방법들에 관한 것이다.
캐패시터 마이크로폰들 또는 정전기 마이크로폰들로서도 칭해지는 콘덴서 마이크로폰들의 트랜스듀서들 또는 다른 전기기계 압력 센싱 디바이스에서, 멤브레인(membrane) 또는 다이아프램(diaphragm)이 센서 캐패시터의 하나의 플레이트(plate) 역할을 할 수 있다. 압력 변화들은 플레이트들 사이의 거리의 변화들을 일으킨다. 콘덴서 마이크로폰들의 경우 트랜스듀서로부터 오디오 신호를 추출하는 방법에 따라 2개의 유형들이 존재한다: DC-바이어스드(DC-biased) 마이크로폰들 및 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 또는 고 주파수(high frequency; HF) 콘덴서 마이크로폰들. DC-바이어스드 마이크로폰에 있어서, 캐패시터 플레이트들은 고정된 전하로 바이어싱될 수 있다. 캐패시터 플레이트들에 걸쳐 유지되는 전압은 대기 중의 진동들에 의해 변한다. 플레이트들의 센서 캐패시턴스는 병렬 플레이트 캐패시터의 경우 플레이트들 사이의 거리에 반비례한다. 센서 캐패시턴스 변화의 타임-프레임(time-frame) 내에서, 상기 변화는 실제로 일정하고 캐패시터 양단의 전압은 캐패시턴스의 변화를 반영하기 위해 즉시 변한다. 캐패시터 양단의 전압은 바이어스 전압 위로 또는 아래로 변경된다.
제조 공차(manufacturing tolerance) 하에서, 실리콘(콘덴서) 마이크로폰들 및 마이크로-전기-기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical System; MEMS)들과 같은 상응하는 압력 센서들은 전형적으로 용량성 센서의 감도의 변화들을 체험하는데, 이는 일반적으로 바람직하지 않으므로 적절한 증폭기 세팅들 및/또는 바이어스 전압의 변경 등과 같은 적당한 조치들에 의해 보상될 수 있고, 이 보상은 다이아프램 및 센서 캐패시터를 형성하는 백-플레이트 구조 사이에 인가될 수 있다. 그와 같은 보상의 경우 제조 동안 그리고/또는 현장에서, 예를 들어 파워-온 시에, 주기적으로 또는 백그라운드에서 연속해서 센서의 감도를 결정하는 것이 필요하다.
예를 들어, 마이크로폰들 또는 압력 센서들의 감도는 기준 압력과 같은 기준 신호를 적용함으로써 교정될 수 있다. 그러나, 이 개념은 시간 및/또는 측정 장비와 관련하여 상대적으로 성가시다. 그러므로, 이는 마이크로폰들에 대해서는 전형적으로 회피된다.
감도의 변화는 또한 센서 캐패시턴스 대 바이어스 전압의 코스(course) 또는 경향에 반영될 수 있다. 바이어스 전압과 연관되는 정전기력은 캐패시터 전극들 사이의 에어 갭 두께 와의 자체의 역제곱 관계로 인해 비선형이다. 이는 다이아프램 변위의 동적 범위를 감소시키는 ‘풀-인(pull-in)’ 또는 붕괴로서 공지되어 있는 현상을 발생시킨다. 바이어스 전압이 이 풀-인 또는 붕괴 한계를 초과하면, 다이아프램은 붕괴, 즉 백 플레이트에 붙게 될 것이다. 결과적으로, 풀-인 붕괴 전압이 감도에 대한 핵심 피처(feature)로서 사용되어 왔다. 이에 의해 붕괴 전압은 센서 용량이 신속하게 증가하는 바이어스 전압을 나타낸다.
풀-인 전압은 측정의 일련의 용량 값들 대 대응하는 바이어스 전압들을 기록함으로써 결정될 수 있다. 당연히, 풀-인 전압 결정의 정확성은 인접한 측정 포인트들의 거리에 좌우된다. 실제로, 풀-인 전압을 찾을 수 있는 범위가 제조 공차들로 인해 상대적으로 클 수 있기 때문에 높은 정확성은 상대적으로 많은 양의 측정 포인트들과 이에 대응하여 긴 측정/교정 시간을 필요로 한다.
풀-인 전압을 결정하는 부가적인 종래의 방법은 센서 또는 저항의 직렬 회로에 램프(ramp)형 바이어스 전압을 인가하는 것이다. 바이어스 전압이 풀-인 전압보다 더 낮은 한, 저항을 흐르는 전류는 상대적으로 일정하다. 그러나, 바이어스 전압이 센서의 풀-인 전압을 초과하자마자 이의 다이아프램은 붕괴한다. 센서의 캐패시턴스의 관련되는 빠른 증가는 직접적으로 또는 저항 양단의 전압 형태로 평가될 수 있는 전류 임펄스를 발생시킨다. 이 개념에는 기계적 시간 상수들(예를 들어, 다이아프램의 질량, 스프링 상수, 기계적 및/또는 음향 감쇠, 하우징의 체적 등) 및 전기적 시간 상수들(예를 들어, 바이어스 전압의 증가, 센서 용량, 전기 저항 등)이 측정에 영향을 미치므로 풀-인 전압의 정확한 결정을 방해하는 단점이 있다.
그러므로, 콘덴서 마이크로폰들 및 상응하는 압력 센서들과 같은 용량성 센서들의 감도를 결정하기 위한 개선된 개념을 제공하는 것이 바람직하다.
하나의 양태에 따르면, 실시예들은 가변 캐패시턴스를 가지는 센서 캐패시터를 구비하는 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 센서 캐패시터로의 제 1 전기 입력 신호에 응답하여 센서 캐패시터의 제 1 캐패시턴스를 나타내는 제 1 양을 결정하고, 센서 캐패시터로의 제 2 전기 입력 신호에 응답하여 센서 캐패시터의 제 2 캐패시턴스를 나타내는 제 2 양을 결정하도록 구성되는 측정 모듈을 포함한다. 상기 장치는 결정된 제 1 및 제 2 양에 기초하여 센싱 디바이스의 감도를 결정하도록 구성되는 프로세서를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 용량성 센싱 디바이스는 센싱 디바이스의 다이아프램 및 백 플레이트 구조에 의해 형성되는 센서 캐패시터를 포함할 수 있다. 이에 의해 전기 입력 신호는 예를 들어 센서 캐패시터 양단의 바이어스 전압일 수 있거나 상기 바이어스 전압에 좌우될 수 있다. 그러므로, 추가 양태에 따르면, 실시예들은 가변 캐패시턴스를 가지는 센서 캐패시터를 구비하는 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치를 제공하고, 여기서 상기 센서 캐패시터는 다이아프램 및 백 플레이트에 의해 형성된다. 상기 장치는 센서 캐패시터에 인가되는 제 1 바이어스 전압에 응답하여 다이아프램 및 백 플레이트 사이의 제 1 센서 캐패시턴스를 나타내는 제 1 양을 결정하고, 센서 캐패시터에 인가되는 제 2 바이어스 전압에 응답하여 다이아프램 및 백 플레이트 사이의 제 2 센서 캐패시턴스를 나타내는 제 2 양을 결정하도록 구성되는 측정 회로를 포함한다. 게다가, 상기 장치는 상기 제 1 및 제 2 센서 캐패시턴스 사이의 차에 기초하여 센싱 디바이스의 감도를 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함한다.
또 다른 부가 양태에 따르면, 실시예들은 가변 캐패시턴스를 가지는 센서 캐패시터를 구비하는 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 센서 캐패시터로의 제 1 전기 입력 신호에 응답하여 센서 캐패시터의 제 1 캐패시턴스를 나타내는 제 1 양을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 센서 캐패시터로의 제 2 전기 입력 신호에 응답하여 센서 캐패시터의 제 2 캐패시턴스를 나타내는 제 2 양을 결정하는 단계를 더 포함한다. 부가 단계에서는 결정된 제 1 및 제 2 양(또는 이들의 차)에 기초하여 센싱 디바이스의 감도가 결정될 수 있다.
일부 실시예들은 상기 방법의 적어도 일부 단계들을 수행하는 장치 내에 설치되는 디지털 제어 회로를 포함한다. 그와 같은 디지털 제어 회로, 예를 들어 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP), 주문형 반도체(Application-Specific Integrated Circuit; ASIC) 또는 범용 컴퓨터는 적절히 프로그램될 필요가 있다. 그러므로, 또 다른 부가 실시예들은 또한 컴퓨터 프로그램이 프로그램 가능 하드웨어 디바이스 상에서 실행될 때, 상기 방법의 실시예들을 수행하는 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
장치들 및/또는 방법들의 아래에서 단지 예를 통해 그리고 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 센서 감도와 관련되는 MEMS 마이크로폰들의 제조 공차들을 도시하는 히스토그램이다.
도 2a는 하나의 실시예에 따라, 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치를 도시하는 도면이다.
도 2b는 다이아프램 및 백 플레이트 구조에 의해 형성되는 센서 캐패시터를 포함하는 용량성 센싱 디바이스의 하나의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은 2개의 상이한 센서 감도들에 대응하는 센서 캐패시턴스(멤브레인 캐패시턴스) 대 바이어스 전압의 두 곡선들을 도시하는 도면이다.
도 4는 센서 캐패시턴스 차 및 복수의 측정들과 바이어스 전압들의 다양한 쌍들에 대한 상대 감도 사이의 폴리노미얼 대응도(polynomial correspondence)를 도시하는 도면이다.
도 5a는 다양한 실리콘 마이크로폰들에 대한 센서 캐패시턴스 대 바이어스 전압을 도시하는 도면이다.
도 5b는 각각의 상대 감도의 제곱근으로 스케일링(scaling)된 도 5a의 다양한 실리콘 마이크로폰들에 대한 센서 캐패시턴스 대 바이어스 전압을 도시하는 도면이다.
도 6은 2개의 상이한 전하들에서의 상대 감도 대 센서 캐패시턴스 차(곡선 피팅 폴리노미얼)를 도시하는 도면이다.
도 7은 두 상이한 전하들에서의 캐패시턴스 차에 기초하여 각각의 상대 감도의 제곱근으로 스케일링된 다양한 실리콘 마이크로폰들에 대한 센서 캐패시턴스 대 바이어스 전압을 도시하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 전압들을 제 1 및 제 2 측정량들로서 결정하기 위한 측정 모듈들의 다양한 예시의 실시예들을 도시하는 도면이다.
도 9는 하나의 실시예에 따라, 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 방법의 흐름도이다.
이제 일부 예시 실시예들이 도시되어 있는 첨부 도면들을 참조하여 다양한 예시 실시예들이 더 완전하게 기술될 것이다. 도면들에서, 선들, 층들 및/또는 영역들의 두께들은 명료함을 위해 과장될 수 있다.
따라서, 예시 실시예들은 다양한 수정들 및 대안의 형태들이 가능할지라도, 이의 실시예들은 도면들에서 예로서 도시되고 본원에서 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 예시 실시예들을 개시되는 특정한 형태들로 제한하는 의도는 없으며, 반대로, 예시 실시예들이 본 실시예들의 범위 내에 해당하는 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 커버할 수 있음이 이해되어야 한다. 동일한 번호들은 도면들의 설명 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 요소들을 칭한다.
요소가 다은 요소에 "연결" 또는 "결합"된 것으로 칭해질 때, 이는 다른 요소에 직접적으로 연결 또는 결합될 수 있거나 개재하는 요소들이 존재할 수 있음이 이해될 것이다. 이에 반해, 요소가 다른 요소에 "직접적으로 연결되는" 또는 "직접적으로 결합되는" 것으로 칭해질 때에는, 개재하는 요소들이 없다. 요소들 사이의 관계를 기술하는데 사용되는 다른 단어들은 동일한 방식으로(예를 들어 "사이" 대 "직접적으로 사이에", "인접하여" 대 "직접적으로 인접하여" 등) 해석되어야만 한다.
본원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예들을 기술하기 위한 것이고 예시 실시예들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an" 및 "the"는 컨택스트가 명확하게 달리 표시하지 않으면, 또한 복수의 형태들을 포함하도록 의도된다. 용어들 "comprises", "comprising", "includes" 및/또는 "including"이 본원에서 사용될 때 진술된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않음이 더 이해될 것이다.
달리 명시되지 않으면, 본원에서 사용되는 모든 용어들(기술 및 과학 용어들을 포함하는)은 예시 실시예들이 속하는 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 용어들, 예를 들어 통상적으로 사용되는 사전들에서 규정되는 용어들은 관련 기술의 상황에서 자신들의 의미와 부합하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하고 본원에서 명확히 규정되지 않으면 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것임이 더 이해될 것이다.
MEMS 트랜스듀서들과 같은 용량성 센싱 디바이스들은 정상 동작 중에 다이아프램 및 백 플레이트 구조 사이에 DC 바이어스 전압을 공급받을 수 있다. 용량성 센싱 디바이스의 감도는 센서 캐패시턴스 대 바이어스 전압의 코스에 의해 반영될 수 있다. 센서의 감도를 규정하는 특징적인 점은 소위 풀-인 전압(Vp) 또는 붕괴 전압일 수 있다. 이 특성 전압은 센서 캐패시턴스가 신속하게 증가시키는 바이어스 전압을 나타낸다. 풀-인 전압은 일정한 바이어스 전압이 자체의 동작 중에 가해질 때 다이아프램 및 백 플레이트 구조 사이의 인력에 의해 발생된다. 이 값은 다이아프램의 스프링 복원력에 의해 주로 결정된다.
고수율을 가지는 MEMS 트랜스듀서들을 생산할 때의 문제는 MEMS 마이크로폰 다이아프램의 컴플라이언스(compliance) 또는 장력이 정확하게 제어하는 데 어려운 제조 파라미터들의 수에 따라 변한다는 것이다. 예를 들어 기계적 강직도, 전기 저항, 트랜지스터 컨덕턴스 등과 같은 실리콘 웨이퍼들의 물리적 또는 기계적 파라미터들의 절대 값들은 ±20% 만큼 용이하게 변할 수 있다. MEMS 용량성 센서들의 다른 물리적 파라미터들은 또한 예를 들어 다이아프램 면적, 에어 갭 높이, 즉 다이아프램 및 백 플레이트 사이의 거리 등을 변경할 수 있다. MEMS 트랜스듀서들에서의 에어 갭 높이는 전형적으로 5 내지 10μm 또는 이보다 더 작을 수 있다. 가장 작은 MEMS 마이크로폰들의 치수들은 DC 바이어스 전압이 비공칭 음향 감도를 보상하기 위해 얼만큼 조정될 수 있는지에 대하여 심하게 제한한다. DC 바이어스 전압을 더 높은 값으로 조정하면 붕괴 임계값은 허용 가능한 더 낮은 값으로 가게 된다.
도 1은 MEMS 트랜스듀서들의 센서 감도에 관한 제조 공차들의 예를 도시하는 히스토그램(100)을 예시적으로 도시한다. 특정한 유형의 MEMS 실리콘 콘덴서 마이크로폰에 대한 제조 공차들로 인하여 풀-인 전압(Vp)이 대략 4.5V에서 대략 8V까지 변할 수 있음이 도 1로부터 확인될 수 있다. 본 명세서의 도입부에서 설명되었던 바와 같이, 마이크로폰 또는 센서의 풀-인 전압 따라서 이의 감도를 결정하는 다양한 종래의 방법들 또는 개념들이 존재한다.
그러나, 실시예들은 센서의 개개의 풀-인 전압 값을 찾을 것을 요구하지 않는, 콘덴서 마이크로폰 또는 압력 센서와 같은 용량성 센서 또는 트랜스듀서 디바이스의 감도를 결정하는 신규한 개념을 제안한다. 대신, 실시예들은 센서에 인가되는 2개의 별개의 전기 입력 신호들에서 2개의 캐패시턴스 측정들을 수행함으로써 센서 또는 트랜스듀서의 감도를 결정하는 것이 가능하다. 이에 의해 2개의 전기 입력 신호들은 센서 또는 트랜스듀서의 동작의 포인트, 그러한 (바이어스) 전압들, 전류들 및/또는 전하들을 규정하는 전기 신호들일 수 있다. 특히, 전기 입력 신호들은 실시예들에 따른 DC-신호들일 수 있다. 2개의 캐패시턴스 측정들의 차에 기초하여, 센서 또는 트랜스듀서의 감도가 결정될 수 있다.
그러므로, 실시예들에서, 성가시게 풀-인 전압을 결정할 것이 요구되지 않는다. 센서의 감도를 결정하는 종래의 개념들과 비교하여, 실시예들, 상기 실시예들의 적어도 일부에서는 측정 또는 교정 시간의 감소가 가능하다. 게다가, 측정 셋업에서의 기생 용량들은 센서 캐패시턴스 차의 설정 또는 이를 나타내는 양으로 인해 결과에 부정적인 영향을 미치지 않는다.
이제 도 2a로 돌아와서, 가변 캐패시턴스(Cs)를 가지는 센서 캐패시터(212)를 구비하는 용량성 센싱 디바이스(210)의 감도를 결정하는 장치(200)가 개략적으로 도시된다.
장치(200)는 센서 캐패시터(212)의 제 1 캐패시턴스를 나타내는 제 1 측정양을 결정하도록 구성되거나 동작 가능한 측정 모듈(220)을 포함한다. 측정 모듈(220)은 단자(214)를 통해 센싱 디바이스(210) 또는 이의 센서 캐패시터(212)에 제공될 수 있는 제 1 전기 입력 신호에 응답하여 제 1 측정량을 제공하도록 구성된다. 제 1 측정량은 센서 캐패시터(212)의 제 1 캐패시턴스를 나타낸다. 이에 의해 제 1 캐패시턴스 값은 제 1 전기 입력 신호에 좌우될 수 있다. 제 1 측정량은 단자들(216, 218)의 적어도 하나를 통해 측정 모듈(220)에 제공될 수 있다. 게다가, 측정 모듈(220)은 단자(214)를 통해 센싱 디바이스(212) 또는 이의 센서 캐패시터(212)에 공급되는 제 2 전기 입력 신호에 응답하여 센서 캐패시터(212)의 제 2 캐패시턴스를 나타내는 제 2 측정량을 결정하도록 구성된다. 제 2 캐패시턴스 값은 제 2 전기 입력 신호에 종속될 수 있다. 장치(200)는 측정 모듈(220)에 결합되고 결정되는 제 1 및 제 2 측정량에 기초하거나 이의 차에 기초하여 센싱 디바이스(210)의 감도(242)를 결정하도록 구성되는 프로세서(240)를 더 포함한다.
일반적으로, 측정 모듈(220)에 의해 도출되는 측정량들은 복수 임피던스들, 전류들, 전압들 및/또는 전하들과 같은 전기량일 수 있다. 마찬가지로, 제 1 및 제 2 전기 입력 신호들은 가변 센서 캐패시터(212)의 동작 포인트를 조정하기 위한 전기 신호들일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서 제 1 및 제 2 동작 신호들은 제 1 및 제 2 바이어스 전압들이거나 제 1 및 제 2 바이어스 전압들에 좌우될 수 있다. 다른 실시예들에서 제 1 및 제 2 전기 입력 신호들은 센서 캐패시터에 인가되는 전하들, 특히 (스위칭된) 전류들에 의해 생성되는 전하들일 수 있다. 동작 신호들이 전압들이든 또는 전류들이든지 간에, 제 1 및 제 2 전기 입력 신호들은 센서 캐패시터(212)를 제 1 및 제 2 동작 포인트들로 조정하기 위하여 센서 캐패시터(212)에 운반되는 제 1 및 제 2 전하들을 발생시킨다.
도 2b를 보면, 제 1 및 제 2 동작 신호들이 각각 다이아프램(212a)의 상이한 기울어짐(deflection)들을 일으키고 따라서 센서 캐패시턴스(212)의 상이한 캐패시턴스들(Cs)을 야기할 수 있다. 일부 실시예들에서 용량성 센싱 디바이스(210)는 예를 들어 MEMS 콘덴서 마이크로폰 또는 MEMS 압력 센서와 같은 MEMS 용량성 센싱 디바이스일 수 있다. 그와 같은 경우들에서, 센서 캐패시터(212)는 용량성 센싱 디바이스(210)의 백 플레이트 구조(212b), 멤브레인 또는 다이아프램(212a)에 의해 형성될 수 있고 도 2b를 참조하라. 이에 다이아프램(212a)은 예를 들어 실리콘 니트라이드, 폴리실리콘, 알루미늄 및 폴리아미드를 포함하는 다양한 다이아프램 재료들로 제작될 수 있다. DC 바이어스 전압(Vb) 형태의 전기 입력 신호(또는 동작 신호)는 센서 캐패시터(212)에 인가될 수 있다. 다이아프램(212a)에 대한 압력(Pb)(예를 들어, 음압(sonic pressure))에 응답하여 다이아프램은 백 플레이트(212b)로 기울어질 수 있다. 가변 센서 캐패시터(212)의 하나의 전극 역할을 하는 다이아프램(212a)의 기울어짐으로 인해, 센서 캐패시턴스(Cs)가 변경되거나 변화된다. 센서 캐패시턴스(Cs)는 다이아프램(212a) 및 백 플레이트(212b) 사이의 거리에 반비례한다. 그러므로, 대기 압력의 진동들에 의해 센서 캐패시터(212) 양단의 전압은 바이어스 전압(Vb) 위로 그리고 아래로 변한다.
도 2b와 관련하여, 일부 실시예들은 또한 용량성 센싱 디바이스(210)의 감도를 결정하기 위한 장치(200)를 제공한다. 용량성 센싱 디바이스(210)는 가변 캐패시턴스(Cs)를 구비하는 센서 캐패시터(212)를 가지도록 구성되고, 여기서 센서 캐패시터(212)는 다이아프램(212a) 및 백 플레이트(212b)에 의해 형성된다. 도 2a에서 도시되는 바와 같이, 장치(200)는 다이아프램(212a) 및 백 플레이트(212b) 사이의 제 1 센서 캐패시턴스(Cs1)를 나타내는 제 1 측정량을 결정하고 도 2b에 도시되는 다이아프램(212a) 및 백 플레이트(212b) 사이의 제 2 센서 캐패시턴스(Cs2)를 나타내는 제 2 측정량을 결정하도록 구성되는 측정 회로(220)를 포함한다. 제 1 측정량은 센서 캐패시터(212)에 인가되는 제 1 바이어스 전압(Vb1)에 응답하여 결정된다. 제 2 측정량은 센서 캐패시터(212)에 인가되는 제 2 바이어스 전압(Vb2)에 응답하여 결정된다. 상술한 바와 같이, 장치(200)는 제 1 및 제 2 센서 캐패시턴스(Cs1, Cs2) 사이의 차(ΔCs)에 기초하여 센싱 디바이스(210)의 감도를 결정하도록 구성되는 프로세서(240)를 포함한다.
MEMS 트랜스듀서 디바이스들은 고 체적 또는 질량 생산에 의해 제조될 수 있다. 그와 같은 경우들에서 측정 모듈(220)은 제 1 및 제 2 센서 캐패시턴스(Cs1, Cs2)를 각각 나타내는 제 1 및 제 2 양을 결정하는 소위 LCR 메터(meter)를 포함할 수 있다. 그와 같은 LCR 메터들은 전형적으로 고 체적 생산 동안 공장 테스트 및/또는 교정에 사용될 수 있다. LCR 메터(인덕턴스(L), 캐패시턴스(C), 레지스턴스(R))는 구성요소의 인덕턴스, 캐패시턴스 및 레지스턴스를 직접적으로 또는 간접적으로 측정하는데 사용될 수 있는 전자 테스트 장비의 하나의 피스(piece)이다. 요약하면, LCR 메터들은 또한 테스트 대상 디바이스(Device-Under-Test; DUT)의 복수 임피던스를 결정하는데 사용될 수 있다. 상기 목적을 위해 DUT는 AC 전압원에 복속될 수 있다. 상기 메터는 DUT 양단의 전압 또는 DUT를 통하는 전류를 측정할 수 있다. 이들의 비로부터 메터를 임피던스의 크기를 결정할 수 있다. 전압 및 전류 사이의 위상각 또한 측정될 수 있다. 임피던스와 결합하여, 프로세서(240)는 2개의 별개의 전기 입력 신호들에서 각각 DUT의 등가의 캐패시턴스(Cs1, Cs2)를 계산할 수 있다. 캐패시턴스들(Cs1, Cs2) 또는 이들의 차(ΔCs)로부터 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 센서의 감도가 획득될 수 있다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 측정 모듈(220)은 제 1 전기 입력 신호(예를 들어, Vb1)에 응답하여 센서 캐패시터의 제 1 임피던스를 결정하고 제 2 전기 입력 신호(예를 들어 Vb2)에 응답하여 센서 캐패시터(212)의 제 2 캐패시턴스를 나타내는 제 2 임피던스를 결정하고, 측정되는 제 1 및 제 2 (복소) 임피던스에 기초하여 센서 캐패시턴스 차(ΔCs)를 결정하도록 구성되는 LCR 메터를 포함할 수 있다.
도 3은 센서 캐패시턴스(Cs)(멤브레인 캐패시턴스) 대 바이어스 전압의 코스들을 도시하는 2개의 곡선들(310, 320)을 도시한다. 센서 캐패시턴스들(Cs)에는 예를 들어, 멤브레인 또는 다이아프램 제조 공차들에 의해 영향을 받을 수 있는 2개의 상이한 센서 감도들이 제공된다. 곡선(320)은 공칭 감도에 대한 코스를 도시하고, 반면에 곡선(310)은 공칭 감도에 4배인 감도에 대한 코스를 도시한다. 양 곡선들(310 및 320)의 동향에 따르면 감도는 곡선들의 원리적인 동향에 영향을 미치지 않으나 전압 축(330)에 대한 곡선의 스케일링을 일으키는 것이 발견될 수 있다. 이에 의해, 전압 축(330)에 따른 스케일링은 1/sqrt에 비례한다(상대 감도). 즉, 센서의 절대 감도가 공칭 감도의 4배인 경우(즉, 상대 감도 = 4), 전압 값들은 반이 된다.
실시예들의 경우에 센서 캐패시턴스의 차가 2개의 미리 결정된 그러나 상이한 바이어스 전압들에서 측정되는 경우, 캐패시턴스 차는 상대 센서 감도에 좌우되는 것이 발견되었다. 이 종속성 또는 대응성은 가역 기능을 나타낸다. 그러므로, 두 상이한 바이어스 전압들에서의 센서 캐패시턴스 차들을 전기 입력 신호들로 결정함으로써 센서 캐패시턴스에 기초하여 센서 감도를 결정하는 것이 가능하다. 그러므로, 도 2의 프로세서(240)는 제 1 및 제 2 측정량 또는 이의 차에 기초하여, 제 1 및 제 2 센서 캐패시턴스 사이의 차(ΔCs)에 따라 센싱 디바이스(210)의 감도를 기술하는 동작에 기초하여 감도를 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 동작은 제 1 및 제 2 센서 캐패시턴스(Cs1, Cs2) 사이의 차(ΔCs)로부터 구성되는 폴리노미얼을 모델링할 수 있다.
이 맥락에서 도 4는 센서 캐패시턴스 차(ΔCs) 및 복수의 측정들 및 바이어스 전압들(Vb1, Vb2)의 다양한 쌍들에 대한 상대 감도(공칭 감도와 관련되는) 사이의 대응성을 도시한다. 게다가, 도 4는 ΔCs 및 상대 센서 감도 사이의 관계를 근사화하는 복수의 피팅 폴리노미얼들(410 내지 470)을 도시한다. 도 4의 특정한 예에서 피팅 폴리노미얼들(410 내지 470)을 획득하기 위한 모든 측정들은 상이한 MEMS 센싱 디바이스들의 동일한 세트로 수행되었다. 그러나, 폴리노미얼들(410 내지 470)에 의해 각각 근사화되는 상이한 측정 결과들은 각각 센서 캐패시터(212) 양단의 제 1 및 제 2 바이어스 전압(Vb1, Vb2) 사이의 차의 상이한 선택에 의해 서로로부터 이탈된다. 도 4의 다이아프램에서, 상이한 피팅 폴리노미얼들(410 내지 470)은 가변 센서 캐패시터(212)에 인가되는 상이한 바이어스 전압들(Vb1, Vb2)로 인해 측정되는 센서 캐패시턴스 차들(ΔCs)에 의해 근사화되었다. 이로 인해 폴리노미얼(410)은 상이한 센서 샘플들의 센서 캐패시턴스 차들(ΔCs)을 결정함으로써 획득되었다. 센서 캐패시턴스 차들(ΔCs)은 0.5V의 제 1 바이어스 전압 및 1V의 제 2 바이어스 전압을 상이한 센서 샘플들에 인가함으로써 획득되었다. 그러므로, 제1 및 제 2 바이어스 전압 사이의 차는 폴리노미얼(410)의 경우 0.5V이다. 마찬가지로, 폴리노미얼(420)은 다양한 샘플들에 대한 0.75V의 바이어스 전압 차에 기초하여 센서 캐패시턴스 차들(ΔCs)을 결정함으로써 획득되었다. 폴리노미얼(430)은 2.0V의 제 1 바이어스 전압 및 1.0V의 제 2 바이어스 전압을 상이한 센서 샘플들에 인가함으로써 상이한 센서 샘플들의 센서 캐패시턴스 차들(ΔCs=Cs1 - Cs2)을 결정함으로써 획득되었다. 그러므로, 제1 및 제 2 바이어스 전압 사이의 차는 폴리노미얼(430)의 경우 1.0V이다. 폴리노미얼(440)은 다양한 샘플들에 대한 1.25V의 바이어스 전압 차에 기초하여 센서 캐패시턴스 차들(ΔCs)을 결정함으로써 획득되었다. 폴리노미얼(450)은 3.0V의 제 1 바이어스 전압 및 1.5V의 제 2 바이어스 전압을 상이한 센서 샘플들에 인가함으로써 상이한 센서 샘플들의 센서 캐패시턴스 차들(ΔCs=Cs1 - Cs2)을 결정함으로써 획득되었다. 그러므로, 제1 및 제 2 바이어스 전압 사이의 차는 폴리노미얼(430)의 경우 1.5V이다. 폴리노미얼(460)은 다양한 샘플들에 대한 1.75V의 바이어스 전압 차에 기초하여 센서 캐패시턴스 차들(ΔCs)을 결정함으로써 획득되었다. 폴리노미얼(470)의 경우 제 1 바이어스 전압이 4.0V인데 반해 제 2 바이어스 전압이 2.0V였으므로 폴리노미어(470)은 2V의 바이어스 전압 차에 대한 상대 감도 대 ΔCs를 기술한다.
실시예들에서 폴리노미얼들 또는 곡선들(410 내지 470)은 초기에 결정될 수 있고 장치(200)의 메모리 디바이스 또는 장치의 프로세서(240) 내에 저장될 수 있다. 예를 들어, 폴리노미얼들(410 내지 470)의 저장은 검색표(Look-Up Table; LUT)들의 형태로 행해질 수 있다. 이에 의해 LUT는 루틴 계산을 더 단순한 어레이 인덱싱(array indexing) 연산으로 대체할 수 있는 어레이이다. 프로세싱 시간과 관련하여 절약되는 것들은 메모리로부터 값을 검색하는 것이 ‘손실이 큰’ 계산 또는 입력/출력 연산을 진행하는 것보다 흔히 더 빠르기 때문에 유의미할 수 있다. 표들은 미리 계산되어 통계 프로그램 저장소에 저장되거나, 프로그램의 초기 국면의 부분으로 계산(또는 "미리 페치(fetch)")되거나 심지어 애플리케이션 특정 플랫폼들의 하드웨어에 저장될 수 있다. 이 방식에서, 측정되거나 결정되는 캐패시턴스 차(ΔCs )에 대응하는 테스트 대상 센싱 디바이스(210)의 (상대) 감도는 편리한 표 검색 연산에 의해 발견될 수 있다. 상대 센서 감도를 결정함으로써 센싱 디바이스(210)를 교정하여 예를 들어 공칭 감도를 가지는 센서와 필적하게 동작하는 것이 가능하다.
즉, 피팅 폴리노미얼들(410 내지 470)은 두 상이한 공지된 바이어스 전압들(Vb1, Vb2)에서 결정되는 캐패시턴스 차(ΔCs)에 기초하여 센서의 감도를 획득하는 데 사용될 수 있다. 그러므로, 프로세서(240)는 상기 차에 기초하여 센싱 디바이스의 감도를 결정하기 위해, 제 1 및 제 2 캐패시턴스(또는 이를 나타내는 측정된 양들) 사이의 차(ΔCs)를 결정하도록 구성될 수 있다. 2개의 바이어스 전압들(Vb1, Vb2)이 서로 상이하고 센싱 디바이스(210)의 풀-인 전압보다 더 낮은 한 사기 2개의 바이어스 전압들(Vb1, Vb2)을 미리 인지하는 것이 필요하지 않음에 주목하라. 더욱이, 바이어스 전압들(Vb1, Vb2)은 센서 캐패시턴스 차를 충분히 정확하게 결정하기 위해 서로 충분히 멀어져야만 한다. 즉, 측정 모듈(220)은 센서 캐패시터(212)에 인가되는 제 1 바이어스 전압(Vb1)에 기초하여 제 1 측정량을 결정하고 센서 캐패시터(212)에 인가되는 제 2의, 상이한 바이어스 전압(Vb2)에 기초하여 제 2 양을 결정하도록 구성될 수 있다. 게다가, 측정 모듈(220)은 제 1 및 제 2 바이어스 전압(Vb1, Vb2) 모두를 용량성 센싱 디바이스(210)의 풀-인 전압 또는 붕괴 전압보다 더 작게 선택하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 풀-인 전압은 다이아프램(212a)에 의해 형성될 수 있는 센서 캐패시터가 붕괴되는 바이어스 전압을 나타낸다. 특정한 실시예들에서, 측정 모듈(220)은 제 1 및 제 2 전압 사이의 차가 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이 적어도 0.5V가 되도록 제 1 및 제 2 바이어스 전압(Vb1, Vb2)을 선택하도록 구성될 수 있다. 물론 이 값은 용량성 센서(210)의 기저의 기술에 따라 이탈될 수 있다.
이들의 효율성을 설명하기 위해, 센서 캐패시턴스 대 바이어스 전압의 상세한 일련의 측정들이 이용 가능한 상이한 감도들의 복수의 센서들(210)에 실시예들이 적용되었고, 도 5a를 참조하라. 측정되는 센서 샘플들의 상이한 감도들은 도시된 예들에 대해 약 4V 내지 약 8V까지 이르는 각각의 풀-인 전압들의 전개로부터 인식될 수 있다.
도 5a의 측정들에 대하여 결정되었던 상대 감도는 전압 축을 따라 측정들을 스케일링하는 데 사용되었고, 도 5b를 참조하라. 도 5a는 원래의 측정들을 도시한다. 스케일링이 공칭의 경우들에 발생함에 따라, 각각의 원래의 바이어스 전압은 결정된 상대 감도의 제곱근으로 승산되었다. Vb1 = 1.75V 및 Vb2 = 3.5V에서의 제 1 센서 캐패시턴스 사이의 센서 캐패시턴스의 차를 이용함으로써, 각각의 상대 감도가 결정되었다. 도 5b는 하나의 실시예에 의해 획득된 결과를 도시한다. 풀-인 전압이 실시예들에 따른 센서 감도 결정에 중요하지 않을지라도, 풀-인 전압은 실시예들의 양을 판단하는데 사용될 수 있다. 도 5b는 스케일링된 풀-인 전압들이 7V의 공칭 풀-인 전압에 정확하게 대응하지 않는 것을 도시한다. 상대적인 이탈은 대응도에 기초하여 결정될 수 있다
상대 감도 = (공칭 풀-인 전압/실제 풀-인 전압)²
이는 상기 논의의 결과이다. 도 5b에서 가장 작게 스케일링된 풀-인 전압은 6.765V인데 반해 가장 크게 스케일링된 풀-인 전압은 7.205V이다. 이는 -0.59dB에서 0.5dB의 범위 내에서 결정되는 감도에서 에러를 산출한다. 비교를 위해, 종래의 마이크로폰들은 사양들에 따라 3dB의 범위 내의 공칭 감도로부터의 이탈을 가질 수 있음에 주목하라. 6V 주위의 전압들은 소위 릴리스 전압(release voltage)을 나타내는 것에 주목하라. 풀-인 효과는 히스테리시스(hysteresis)를 가지고 일단 멤브레인이 백플레이트로 붕괴되면, 이는 하위 전압들에 대해서, 이 경우에 6V의 범위 내에서도 여기에서 유지될 것이다.
실시예들은 전기 입력 신호들로서의 상이한 바이어스 전압들(Vb1, Vb2)에 기초하는 센서 캐패시턴스 차(ΔCs )의 결정으로 제한되지 않는다. 마찬가지로, 캐패시턴스 차(ΔCs )는 또한 2개의 공지되고 상이한 센서 캐패시턴스(212)의 전하들에 기초하여 결정될 수 있다. 미리 결정되는 전하들은 또한 센서 캐패시터(212)의 전극들(212a, 212b) 사이에 2개의 별개의 바이어스 전압들 및 대응하는 센서 캐패시턴스 차(ΔCs)를 유발한다. 기저의 개념, 즉 캐패시터(212)로의 전기 입력 신호들로서의 상이한 바이어스 전압들 또는 상이한 전하들에 따라, 다른 캐패시턴스 차들(ΔCs)에 기초하여 센서의 감도를 결정하는데 상이한 폴리노미얼들이 요구될 수 있다.
센서 캐패시터(212)에 인가되는 상이한 전하들을 사용한 일련의 측정에 기초하여 결정되었던 예시 폴리노미얼(600)이 도 6에 도시된다. 이 결과에 따른 곡선 "센서 캐패시턴스 대 바이어스 전압"은 도 7에 도시된다. 다시, 실시예들은 7V의 공칭 풀-인 전압으로부터의 매우 작은 이탈만을 일으키는 것이 확인될 수 있다. 다시, 약 6V의 전압들은 각각의 릴리스 전압들에 대응한다.
고 체적 생산 동안 측정들 및/또는 교정들에 또는 실험실 측정들에 실시예들을 사용하기 위해 다음의 설명을 따라, LCR 메터들을 측정 모듈들(220)로서 사용하는 것이 충분할 수 있다. 그러나, 집접 회로(예를 들어, ASIC)와 함께 실시예들을 사용하는 것은 그리 간단하지만은 않을 수 있다. ASIC들과 함께 실시예들을 사용하기 위한 2개의 단계들이 있다: 먼저, 센서 감도는 예를 들어 2개의 별개의 바이어스 전압들 또는 전하들에서 캐패시턴스 차를 측정함으로써 결정될 필요가 있다. 둘째로, 센싱 디바이스(210)는 공칭 감도로부터의 어떠한 이탈들도 정정하도록, 예를 들어 결정되는 감도에 기초하여 교정될 수 있다. 예를 들어, 1보다 더 큰 상대 감도의 경우, 다이아프램(212a)의 발진들 또는 진동들에 의해 발생되는 전기 신호의 추가 다운스트림 증폭은 공칭의 경우에 비해 감소될 수 있다. 대조적으로, 상대 감도가 1보다 작은 경우, 그 결과에 따른 전자 신호 변형들의 다운스트림 진폭이 대신 증가될 수 있다.
도 8a는 장치(200)의 측정 모듈(220)이 포함할 수 있는 전자 회로의 제 1 실시예를 도시한다. 도 8a의 실시예는 간접적으로 캐패시터(212)로의 제 1 전기 입력 또는 제어 신호로서 제 1 바이어스 전압(Vb1)에 기초하고 센서 캐패시터(212)로의 제 2 전기 입력 또는 제어 신호로서 제 2 바이어스 전압(Vb2)에 기초하여 센서 캐패시턴스 차(ΔC)를 결정하는 것이 가능하다. 바이어스 전앙(Vb)이 전기 입력 또는 제어 신호로서 사용되는 경우, 센서 캐패시터(212) 양단에 바이어스 전압(Vb)을 일으키는데 필요했었던 결과적인 전하가 측정될 수 있다.
도 8a에 도시되는 측정 모듈(220)의 예시적인 실시예에서, 측정 모듈(220)은 제 1 입력 단자(222), 제 2 입력 단자(223) 및 출력 단자(224)를 가지는 증폭기(221)를 포함한다. 센서 캐패시터(212)의 제 1 단자 또는 전극은 바이어스 전압원(225)에 결합된다. 센서 캐패시터(212)의 제 2 단자 또는 전극은 연산 증폭기일 수 있는 증폭기(221)의 제 1 입력 단자(222)에 결합된다. 피드백 캐패시터(226)는 증폭기의 출력 단자(224) 및 이의 제 1 입력 단자(222) 사이에 결합된다. 마찬가지로, 스위치(227)는 캐패시터들(212 및/또는 226)을 디차징(decharging) 또는 디스차징(discharging)하기 위하여 출력 단자(224) 및 증폭기의 입력 단자(222) 사이에 결합된다. 도 8a의 실시예에 따르면, 증폭기(221)는 반전 증폭기일 수 있고 증폭기의 제 1 입력 단자(222)는 반전 입력 단자일 수 있다. 비반전일 수 있는 제 2 입력 단자(223)는 전기 접지에 결합될 수 있다. 도 8a의 예시적인 회로 구성은 2개의 증폭 입력 단자들(222 및 223) 사이에 사실상의 쇼티지(shortage)를 일으킨다. 더욱이, 제 1 입력 단자(222)는 사실상 또한 전기 접지에 접속된다.
도 8a의 반전 증폭기(221)는 피드백 캐패시터(226)에 의해 캐패시터(212)의 전하를 대응하는 출력 전압(Vout)로 변환하는 역할을 한다. 도 8a의 실시예의 기능은 다음과 같다: 시작 포인트는 완전 충전되지 않은 센서 캐패시터(212)(즉, Vb=0) 및 피드백 캐패시터(즉, Vout = 0)이다. 후속해서, 제 1의 공지된 바이어스 전압(Vb1)은 전압원(225)에 결합되는 센서 캐패시터(212)의 입력 전극(좌측)에 인가될 수 있다. 이 결과로서 센서 캐패시터(212)뿐만 아니라 피드백 캐패시터(226)에는 전하(Q1)가 발생되어, 증폭기의 출력 단자(224)에서 제 1 출력 전압(Vout1)을 일으키며, 여기서 Vout1 = -Q1/Cf이다. 부가 측정에서, Vb1과 상이한 제 2의 공지된 바이어스 전압(Vb2)은 캐패시터들(212 및 226) 모두에 제 2 전하(Q2)를 발생시켜, 출력 노드(224)에서 제 2 출력 전압 Vout2 = -Q2/Cf을 발생시킨다. 즉, 측정 모듈(220)은 제 1 바이어스 전압(Vb1)을 제 2 캐패시터(212)의 입력 포트에 인가하여 증폭기의 출력 단자(224)에서 결과적인 제 1 출력 전압(Vout1)을 측정하고, 후속해서 제 2 바이어스 전압(Vb2)을 센서 캐패시터(212)의 입력 포트에 인가하여 증폭기의 출력 단자(224)에서 결과적인 제 2 출력 전압(Vout2)을 측정하고, 제 1 및 제 2 바이어스 전압(Vb1, Vb2)에 기초하고 제 1 및 제 2 출력 전압(Vout1, Vout2)에 기초하여 센서 캐패시턴스 차(ΔCs)를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히 도 2의 프로세서(240) 또는 측정 모듈(220)은
ΔCs = Q2/Vb2 - Q1/Vb1 또는 ΔC = Cf x (Vout1/Vb1 - Vout2/Vb2)
에 기초하여 센서 캐패시턴스 차(ΔCs)를 결정하도록 구성될 수 있고, 여기서 Cf는 피드백 캐패시터(226)의 캐패시턴스를 나타내고, Vout1은 출력 노드(224)에서의 제 1 출력 전압을 나타내고, Vb1은 바이어스 전압원(225)의 제 1 바이어스 전압을 나타내고, Vout2는 출력 노드(224)에서의 제 2 출력 전압을 나타내고 Vb2는 전압원(225)의 제 2 바이어스 전압을 나타낸다. 더욱이, 측정 모듈 또는 프로세서(240)는 예를 들어 감도 및 캐패시턴스 차(ΔCs) 사이의 폴리노미얼 관계를 사용함으로써 차(ΔCs) 에 기초하여 센싱 디바이스의 감도를 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서 측정 모듈(220)은 추가로 또는 대안으로 센서 캐패시터(212)에 인가되는 제 1 전하에 기초하여 출력 노드(224)에서 제 1 측정량, 예를 들어 제 1 출력 전압(Vout1)을 결정하고, 센서 캐패시터(212)에 인가되는 상이한 제 2 전하에 기초하여 출력 노드(224)에서 제 2 측정량, 즉 제 2 출력 전압(Vout2)을 결정하도록 구성될 수 있다. 그와 같은 실시예에 대한 적절한 전기 회로의 예가 도 8b에 도시된다.
도 8b의 실시예는 센서 캐패시터(212)는 도 8a의 피드백 캐패시터 대신 증폭기의 제 1 입력 단자(222) 및 증폭기의 출력 단자(224) 사이에서 결합되는 점에서 도 8a의 실시예와 상이하다. 게다가, 전압원(228)은 2개의 후속하는 클럭 사이클들에서 제 1 및 제 2 전하를 각각 센서 캐패시터(212)에 인가하기 위해서 스위치형 캐패시터 네트워크(229)를 통해 증폭기의 반전 입력 단자(222)에 결합된다. 스위치형 캐패시터 네트워크(229)는 전압원(228) 및 운반 캐패시터(Cq) 사이에 제 1 스위치(230)를 포함한다. 제 2 스위치(231)는 운반 캐패시터(Cq) 및 증폭기(221)의 제 1 입력 단자(222) 사이에서 결합된다. 부가 스위치(232)는 운반 캐패시터(Cq)의 제 1(좌측) 단자 및 접지 전위 사이에서 결합되는 데 반해 제 3 스위치(233)는 운반 캐패시터(Cq)의 제 2(우측) 단자 및 접지 전위 사이에서 결합된다.
센서 캐패시터(212)에서의 전하가 정해지거나 미리 결정되면, 센서 캐패시터(212)의 양단의 전압은 대응하는 가변 센서 캐패시턴스 값(Cs)을 추단하기 위해 결정될 수 있다. 스위치형 캐패시터 네트워크(229)는 전하 패킷들을 정확하게 운반하는 것이 가능하다. 충전되지 않은 센서 캐패시터(212)로부터 시작해서 미리 결정된 전하량 Q Vq x Cq 는 클럭 위상들(Φ1 및 Φ2) 모두를 포함하는 하나의 클럭 사이클 내에서 전압원(228)으로부터 센서 캐패시터(212)로 운반될 수 있다. 클럭 위상(Φ1) 동안, 대응하는 스위치들(230, 233)이 닫혀서(반면에 스위치들(231, 232)은 열린다), 운반 캐패시터(Cq)가 전하(Q)로 충전되는 것이 가능하다. 제 2 클럭 위상(Φ2) 동안, 대응하는 스위치들(231, 232)이 닫혀서(반면에 스위치들(230, 233)이 열린다), 이에 의해 전하(Q)가 운반 캐패시터(Cq)로부터 센서 캐패시터(212)로 더 운반되는 것이 가능하여, 노드(224)에서의 제 1 출력 전압(Vout1)을 일으키고, 여기서 Vout = Q/Cs(1)이다. 인덱스 1은 제 2 클럭 사이클의 종료 이후에 센서 캐패시턴스를 구분하는 역할을 한다. 제 2 클럭 사이클(Φ1 및 Φ2를 포함하는) 및 추가 전하 패키지(Q)의 종료 후에, 제 2 출력 전압(Vout2=2Q/Cs(2))이 출력 노드(224)에서 측정될 수 있다.
그러므로, 도 8b의 측정 모듈(220)은 입력 단자(222) 및 출력 단자(224)를 가지는 증폭기(221)를 포함할 수 있고, 여기서 센서 캐패시터(212)는 증폭기(221)의 출력 단자(224) 및 입력 단자(222) 사이에서 결합되고, 제 1 전하(Q(1))는 스위치형 캐패시터 네트워크(229)의 제 1 클럭 사이클(스위치 위상들(Φ1 및 Φ2)을 포함하는) 내에서 전압원(228)으로부터 운반 캐패시터(Cq)를 통해 센서 캐패시터(212)로 운반되어, 증폭기(221)의 출력 단자(224)에서 제 1 출력 전압(Vout1)을 일으킨다. 제 2 전하(Q(2))는 스위치형 캐패시터 네트워크(229)의 제 2 클럭 사이클(스위치 위상들(Φ1 및 Φ2)을 포함하는) 내에서 전압원(228)로부터 운반 캐패시터(Cq)를 통해 센서 캐패시터(212)로 운반되어, 증폭기(221)의 출력 단자(224)에서의 제 2 출력 전압을 일으킨다. 측정 모듈(220) 또는 프로세서(240)는 전압원(228)의 전압 값(vq) 및 제 1 및 제 2 출력 전압(Vout1, Vout2)에 기초하여 센서 캐패시턴스 차(ΔCs)를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 프로세서(240)는
ΔCs = 2Q/Vout2 - Q/Vout1 = Cq x (2Vq/Vout2 - Vq/Vout1)
에 기초하여 센서 캐패시턴스 차(ΔCs)를 결정하도록 구성될 수 있고, 여기서 Cq는 운반 캐패시터의 캐퍼시턴스를 나타내고, Vq는 전압원(228)의 전압을 나타내고, Vout1은 노드(224)에서의 제 1 출력 전압을 나타내고 Vout2는 노드(224)에서의 제 2 출력 전압을 나타낸다.
도 8c는 스위치(236)를 통해 센서 캐패시터(212)에 결합되는 전류원(235)을 포함하는 측정 모듈(220)의 부가적인 실시예를 도시한다. 센서 캐패시터(212)와 병렬로, 센서 캐패시터(212)를 디차징 또는 언차징(uncharging) 또는 디스차징하기 위한 부가 스위치(227)가 배열된다. 이 실시예에서, 센서 캐패시터(212)는 언차징 상태에서 시작하여, 지속기간(T)(이 기간 동안 스위치(236)는 닫혀 있다)의 제 1 규정된 시간 간격 동안 공지되어 있는 정전류(constant current)(Iconst)에 의해 충전된다. 제 1 시간 간격(T) 후에, 센서 캐패시터(212)의 양단의 출력 전압(Vout1)은 Vout1 = Q/Cs(1) = Iconst x T/Cs (1)이다. 지속기간(T)의 부가의 제 2 충전 시간 간격 후에, 제 2 출력 전압 Vout2 = 2 x Q/Cs(2)은 센서 캐패시터(212) 양단에서 측정될 수 있다. 스위치(227)는 제 1 및 제 2 충전 간격들 사이에서는 닫혀 있지 않을 수 있다.
즉, 도 8c의 측정 모듈(220)은 센서 캐패시터(212)의 전극들에 걸친 제 1 전압(Vout1)을 획득하기 위해 제 1 시간 간격 동안 전류원(235)으로부터의 정전류(Iconst)로 센서 캐패시터(212)를 충전하고, 센서 캐패시터(212)의 전극들에 걸친 제 2 전압(Vout2)을 획득하기 위해 후속하는 제 2 시간 간격 동안 정전류(Iconst)로 센서 캐패시터(212)를 더 충전하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 측정 모듈(220) 또는 이에 결합되는 프로세서(240)는 두 시간 간격들의 지속기간(T), 정전류(Iconst) 및 제 1 및 제 2 전압(Vout1, Vout2)에 기초하여 제 2 센서 캐패시턴스 차(ΔC)를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 측정 모듈(220) 또는 프로세서(240)는
ΔCs = 2Q/Vout2 - Q/Vout1 = T x Iconst x (2/Vout2 - 1/Vout1)
에 기초하여 센서 캐패시턴스 차(ΔCs)를 결정하도록 구성될 수 있고, 여기서 T는 각각 제 1 및 제 2 시간 기간의 지속기간을 나타내고, Iconst는 정전류를 나타내고, Vout1은 제 1 전압(측정량)을 나타내고 Vout은 센서 캐패시터(212)의 전극들의 걸친 제 2 전압(측정량)을 나타낸다.
도 2에 도시되는 장치(200) 및 상술한 측정 모듈들의 실시예들은 용량성 센싱 디바이스(210)의 감도를 결정하기 위한 해당 방법을 수행하도록 구성될 수 있다. 상기 방법의 예시 실시예의 흐름도(900)는 도 9에 도시된다.
상기 방법(900)은 센서 캐패시터(212)로의 제 1 전기 입력 신호에 응답하여 센서 캐패시터(212)의 제 1 센서 캐패시턴스를 나타내는 제 1 측정량을 결정하는 제 1 단계(910)를 가진다. 상술한 바와 같이, 제 1 측정량은 예를 들어 전압일 수 있다. 그러나, 복수 임피던스들, 전류들 등과 같은 다른 전기량들 또한 가능하다. 방법(900)은 센서 캐패시터(212)로의 제 2 전기 입력 신호에 응답하여, 센서 캐패시터(212)의 제 2 센서 캐패시턴스를 나타내는 제 2 측정량을 결정하는 제 2 단계(920)를 더 포함한다. 부가 단계(930)에서, 센싱 디바이스(210)의 감도는 결정된 제 1 및 제 2 측정량에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계(930)는 캐패시턴스 차(ΔCs)에 기초하여 센싱 디바이스의 압력 감도를 결정하기 위하여 제 1 및 제 2 측정량(예를 들어, Vout1, Vout2)에 기초하여 제 1 및 제 2 센서 캐패시턴스 사이의 차를 결정하는 단계를 포함할 수있다. 상술한 바와 같이, 이는 센서 캐패시턴스 차(ΔCs)와는 관계 없이, 센싱 디바이스의 감도를 모델링하는 동작에 의해 수행될 수 있다. 이 동작은 예를 들어 제 1 및 제 2 센서 캐패시턴스 사이의 차로부터 구성되는 폴리노미얼을 모델링하는 표 검색일 수 있다.
요약하면, 실시예들은 콘덴서 마이크로폰 또는 압력 센서와 같은 용량성 센서 또는 트랜스듀서의 감도를 결정하는 신규한 개념을 제안한다. 실시예들은 센서 또는 트랜스듀서에 인가되는 2개의 별개의 전기 입력 신호들에서 2개의 캐패시턴스 측정들을 수행함으로써 센서 또는 트랜스듀서의 감도를 결정하는 것이 가능하다. 이에 의해 2개의 전기 입력 신호들은 센서 또는 트랜스듀서의 동작의 포인트, 그러한 (바이어스) 전압들, 전류들 및/또는 전하들을 규정하는 전기 신호들일 수 있다. 특히, 전기 입력 신호들은 일부 실시예들에 따른 DC-신호들일 수 있다. 2개의 캐패시턴스 측정들의 차에 기초하여, 센서 또는 트랜스듀서의 감도는 감도 및 결정된 캐패시턴스 차 사이의 함수 관계가 있는 것으로 결정될 수 있다. 실시예들은 생산 시에 웨이터들 상에서 수행되는 측정들에 대해, 실험실 조건들 하에서 형성되는 측정들에 대해서뿐만 아니라 집적 회로에서의 측정들에 대해, 예를 들어 가동 중에 교정하기 위해 사용될 수 있다.
설명 및 도면들은 단지 실시예들의 원리들을 예시한다. 그러므로 당업자는, 본원에 명시적으로 기술되거나 도시되지 않더라도, 실시예들의 원리들을 구현하고 본 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는 다양한 배열들을 고안할 수 있을 것임이 인정될 것이다. 더욱이, 본원에서 열거되는 모든 예들은 주로 본 기술을 발전시키는데 발명자(들)에 의해 이바지되는 개념들 및 실시예들의 원리를 독자가 이해하는 것을 돕기 위한 단지 교육 목적을 위한 것으로 명백하게 의도되고 그와 같이 명백하게 열거되는 예들 및 조건들로 제한하지 않는 것으로 해석되어야만 한다. 게다가, 본원에 본 발명의 특정한 예들뿐만 아니라 본 발명의 원리들, 양상들, 및 실시예들을 열거하는 본원에서의 모든 진술들은 본 발명의 등가물들을 포함하도록 의도된다.
특정한 기능을 수행하도록 구성되는 기능 블록들은 특정한 기능을 수행하기 위해 각각 적응 또는 프로그램되는 전용 회로소자를 포함하는 기능 블록들로서 이해될 수 있다. 특정한 기능을 수행하도록 적응되는 블록 또는 회로는 따라서 그러한 수단이 반드시 기능을 (소정의 시간 순간에서) 수행하고 있음을 암시하지 않는다. 임의의 기능 블록들을 포함하는 도면들에 도시된 다양한 요소들의 기능들은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 연관되어 소프트웨어를 실행시킬 수 있는 하드웨어를 이용하는 것을 통해 제공될 수 있다. 더욱이, 본원에서 "수단"으로 기술되는 임의의 엔티티는 "하나 이상의 모듈들’, "하나 이상의 디바이스들", "하나 이상의 유닛들 등에 대응하거나 이것들로서 구현될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때 상기 기능들은 단일 전용 프로세서에 의해, 단일 공유 프로세서에 의해, 또는 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서들에 의해 제공될 수 있다. 더욱이, 용어 "프로세서" 또는 "제어기"의 명시적인 사용이 소프트웨어를 실행시킬 수 있는 하드웨어를 배타적으로 칭하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP) 하드웨어, 네트워크 프로세서, 주문형 반도체(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 소프트웨어를 저장하는 판독 전용 메모리("ROM"), 임의 액세스 메모리("RAM"), 및 비휘발성 스토리지를 제한 없이 암시적으로 포함할 수 있다. 종래의 그리고/또는 주문형의 다른 하드웨어 또한 포함될 수 있다.
본원에서의 어떠한 블록도들도 실시예들의 원리들을 구현하는 예시적인 회로소자의 개념도들을 표현하는 것임이 당업자에 의해 인정되어야 한다. 유사하게, 임의의 흐름도들, 플로우 다이어그램들, 상태 전이도들, 의사코드(pseudo code) 등은, 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되거나 도시되지 않더라도, 컴퓨터 판독 가능 매체에서 실질적으로 표현될 수 있고 그러므로 그와 같은 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행될 수 있는 다양한 프로세스들을 표현하는 것임이 인정될 것이다.
게다가, 다음의 청구항들은 이에 의해 상세한 설명에 통합되고, 각각의 청구항은 별개의 실시예로서 독립적일 수 있다. 각각의 청구항이 별개의 실시예로서 독립적일 수 있을지라도, 다른 실시예들은 또한 종속 청구항의 각각의 다른 종속 청구항들의 특허 대상과의 결합을 또한 포함하는 것이 -종속 청구항이 청구항들에서 하나 이상의 다른 청구항들과의 특정한 결합을 칭할 수 있을지라도- 지적될 수 있다. 그와 같은 결합들은 본원에서 특정한 결합이 의도되지 않는다고 진술되지 않는 한 본원에서 제안된다. 더욱이, 심지어 청구항이 독립 청구항에 직접적으로 종속되지 않을지라도 임의의 다른 독립 청구항에 대한 이 청구항의 특성들을 또한 포함하는 것이 의도된다.
명세서에 또는 청구항들에 개시되는 방법들은 이 방법들의 각각의 단계들의 각각을 수행하기 위한 수단을 가지는 디바이스에 의해 구현될 수 있음이 더 지적될 수 있다.
게다가, 명세서 및 청구항들에 개시되는 다수의 단계들 또는 기능들의 내용은 특정한 순서 내에 있는 것으로 해석되지 않을 수 있음이 이해될 수 있다. 그러므로, 다수의 단계들 또는 기능들의 내용은 그와 같은 단계들 또는 기능들이 기술적인 이유들로 상호 교환 가능하지 않는 경우 외에는 이것들을 특정한 순서로 제한하지 않을 것이다. 더욱이, 일부 실시예들에서 단일 단계들은 다수의 하위 단계들을 포함할 수 있거나 이들로 나눠질 수 있다. 그러한 하위 단계들은 명시적으로 배제하지 않는 한 이 단일 단계의 내용의 일부로서 포함될 수 있다.

Claims (24)

  1. 가변 캐패시턴스를 가지는 센서 캐패시터를 구비하는 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치로서,
    상기 센서 캐패시터로의 제 1 전기 입력 신호에 응답하여 상기 센서 캐패시터의 제 1 캐패시턴스를 나타내는 제 1 양을 결정하고, 상기 센서 캐패시터로의 제 2 전기 입력 신호에 응답하여 상기 센서 캐패시터의 제 2 캐패시턴스를 나타내는 제 2 양을 결정하도록 구성되는 측정 모듈과,
    결정된 제 1 양 및 제 2 양에 기초하여 상기 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함하는
    감도 결정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 결정된 제 1 양 및 제 2 양에 기초하여 상기 제 1 캐패시턴스와 상기 제 2 캐패시턴스 사이의 차를 결정하고 상기 캐패시턴스 차에 기초하여 상기 감도를 결정하도록 구성되는
    감도 결정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제 1 캐패시턴스와 상기 제 2 캐패시턴스 사이의 차와 상기 감도 사이의 함수 관계를 사용하여, 상기 제 1 양 및 상기 제 2 양 또는 이들의 차에 기초하여 상기 감도를 결정하도록 구성되는
    감도 결정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 함수 관계는 상기 제 1 캐패시턴스와 제 2 캐패시턴스 사이의 상기 차로부터 구성되는 폴리노미얼(polynomial)인
    감도 결정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 상기 제 1 전기 입력 신호에 응답하여 상기 센서 캐패시터의 제 1 임피던스를 결정하고, 상기 제 2 전기 입력 신호에 응답하여 상기 센서 캐패시터의 제 2 캐패시턴스를 나타내는 제 2 임피던스를 결정하고, 상기 제 1 임피던스 및 상기 제 2 임피던스에 기초하여 상기 제 1 캐패시턴스 및 상기 제 2 캐패시턴스를 결정하도록 구성되는 LCR 미터(meter)를 포함하는
    감도 결정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 상기 센서 캐패시터에 인가되는 제 1 바이어스 전압에 기초하여 상기 제 1 양을 결정하고, 상기 센서 캐패시터에 인가되는 상이한 제 2 바이어스 전압에 기초하여 상기 제 2 양을 결정하도록 구성되는
    감도 결정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 상기 용량성 센싱 디바이스의 풀-인(pull-in) 전압보다 작도록 상기 제 1 바이어스 전압 및 상기 제 2 바이어스 전압 모두를 선택하도록 구성되고, 상기 풀-인 전압은 상기 센서 캐패시터가 붕괴하는 바이어스 전압을 나타내는
    감도 결정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 상기 제 1 바이어스 전압과 상기 제 2 바이어스 전압 사이의 차가 적어도 0.5V가 되도록 상기 제 1 바이어스 전압 및 상기 제 2 바이어스 전압을 선택하도록 구성되는
    감도 결정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 입력 단자 및 출력 단자를 가지는 증폭기를 포함하고, 상기 센서 캐패시터의 출력 단자는 상기 증폭기의 입력 단자에 결합되고 상기 증폭기의 출력 단자와 입력 단자 사이에는 피드백 캐패시터가 결합되는
    감도 결정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 증폭기는 반전 증폭기이고, 상기 증폭기의 입력 단자는 반전 입력 단자이고, 상기 증폭기의 비반적 입력 단자는 전기 접지에 결합되는
    감도 결정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 상기 센서 캐패시터의 입력 포트에 제 1 바이어스 전압을 인가하고 상기 증폭기의 출력 단자에서 결과적인 제 1 출력 전압을 측정하고, 후속하여 상기 센서 캐패시터의 입력 포트에 제 2 바이어스 전압을 인가하고 상기 증폭기의 출력 단자에서 결과적인 제 2 출력 전압을 측정하고, 상기 제 1 바이어스 전압, 상기 제 2 바이어스 전압, 상기 제 1 출력 전압 및 상기 제 2 출력 전압에 기초하여 센서 캐패시턴스 차를 결정하도록 구성되는
    감도 결정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정 모듈 또는 상기 프로세서는
    ΔC = Cf * (Vout1/Vb1 - Vout2/Vb2)
    에 기초하여 센서 캐패시턴스 차(ΔC)를 결정하도록 구성되고,
    여기서 Cf는 상기 피드백 캐패시터의 캐패시턴스를 나타내고, Vout1은 상기 제 1 출력 전압을 나타내고, Vb1은 상기 제 1 바이어스 전압을 나타내고, Vout2는 상기 제 2 출력 전압을 나타내고, Vb2는 상기 제 2 바이어스 전압을 나타내는
    감도 결정 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 상기 센서 캐패시터에 인가되는 제 1 전하에 기초하여 상기 제 1 양을 결정하고 상기 센서 캐패시터에 인가되는 상이한 제 2 전하에 기초하여 상기 제 2 양을 결정하도록 구성되는
    감도 결정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 상기 제 1 전하 및 상기 제 2 전하를 각각 상기 센서 캐패시터에 인가하기 위한 스위치형 캐패시터 네트워크를 포함하는
    감도 결정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 입력 단자 및 출력 단자를 구비하는 증폭기를 포함하고, 상기 센서 캐패시터는 상기 증폭기의 상기 출력 단자와 상기 입력 단자 사이에 결합되고, 상기 제 1 전하는 상기 스위치형 캐패시터 네트워크의 제 1 클럭 사이클에서 운반 캐패시터를 통해 전압원으로부터 상기 센서 캐패시터로 운반되어, 상기 증폭기의 상기 출력 단자에서 제 1 출력 전압을 일으키고, 상기 제 2 전하는 상기 스위치형 캐패시터 네트워크의 제 2 클럭 사이클에서 상기 운반 캐패시터를 통해 상기 전압원으로부터 상기 센서 캐패시터로 운반되어, 상기 증폭기의 상기 출력 단자에서 제 2 출력 전압을 일으키고, 상기 측정 모듈은 상기 전압원의 전압, 상기 제 1 출력 전압 및 상기 제 2 출력 전압에 기초하여 센서 캐패시턴스 차를 결정하도록 구성되는
    감도 결정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 측정 모듈 또는 상기 프로세서는
    ΔC = Cq * (2Vq/Vout2 - Vq/Vout1)
    에 기초하여 상기 센서 캐패시턴스 차(ΔC)를 결정하도록 구성되고,
    여기서 Cq는 상기 운반 캐패시터의 용량을 나타내고, Vq는 상기 전압원의 전압을 나타내고, Vout1은 상기 제 1 출력 전압을 나타내고, Vout2는 상기 제 2 출력 전압을 나타내는
    감도 결정 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 스위치를 통해 상기 센서 캐패시터와 결합되는 전류원을 포함하는
    감도 결정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 상기 센서 캐패시터의 전극들에 걸친 제 1 전압을 획득하기 위해 제 1 시간 간격 동안 상기 전류원으로부터의 정전류로 상기 센서 캐패시터를 충전하고, 상기 센서 캐패시터의 전극들에 걸친 제 2 전압을 획득하기 위해 후속하는 제 2 시간 간격 동안 상기 정전류로 상기 센서 캐패시터를 더 충전하도록 구성되고, 상기 측정 모듈은 상기 제 1 시간 간격 및 상기 제 2 시간 간격의 지속기간, 상기 정전류, 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압에 기초하여 센서 캐패시턴스 차를 결정하도록 구성되는
    감도 결정 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 측정 모듈 또는 상기 프로세서는
    ΔC = T*Iconst * (2/Vout2 - 1/Vout1)
    에 기초하여 상기 센서 캐패시턴스 차(ΔC)를 결정하도록 구성되고,
    여기서 T는 상기 제 1 시간 간격 및 상기 제 2 시간 간격의 지속기간을 나타내고, Iconst는 상기 정전류를 나타내고, Vout1은 상기 제 1 전압을 나타내고, Vout2는 상기 센서 캐패시터의 전극들에 걸친 제 2 전압을 나타내는
    감도 결정 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 캐패시터는 상기 용량성 센싱 디바이스의 다이아프램(diaphram) 및 백 플레이트에 의해 형성되는
    감도 결정 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 센싱 디바이스는 콘덴서 마이크로폰 또는 압력 센서인
    감도 결정 장치.
  22. 가변 캐패시턴스를 가지며 다이아프램(diaphragm) 및 백 플레이트에 의해 형성되는 센서 캐패시터를 구비하는 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 장치로서,
    상기 센서 캐패시터에 인가되는 제 1 바이어스 전압에 응답하여 상기 다이아프램과 상기 백 플레이트 사이의 제 1 센서 캐패시턴스를 나타내는 제 1 양을 결정하고, 상기 센서 캐패시터에 인가되는 제 2 바이어스 전압에 응답하여 상기 다이아프램과 상기 백 플레이트 사이의 제 2 센서 캐패시턴스를 나타내는 제 2 양을 결정하도록 구성되는 측정 회로와,
    상기 제 1 센서 캐패시턴스와 상기 제 2 센서 캐패시턴스 사이의 차에 기초하여 상기 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함하는
    감도 결정 장치.
  23. 가변 캐패시턴스를 가지는 센서 캐패시터를 구비하는 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 방법으로서,
    상기 센서 캐패시터로의 제 1 전기 입력 신호에 응답하여 상기 센서 캐패시터의 제 1 캐패시턴스를 나타내는 제 1 측정량을 결정하는 단계와,
    상기 센서 캐패시터로의 제 2 전기 입력 신호에 응답하여 상기 센서 캐패시터의 제 2 캐패시턴스를 나타내는 제 2 측정량을 결정하는 단계와,
    결정된 제 1 측정량 및 제 2 측정량에 기초하여 상기 용량성 센싱 디바이스의 감도를 결정하는 단계를 포함하는
    감도 결정 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 입력 신호는 상기 센서 캐패시터에 인가되는 제 1 바이어스 전압에 의존하고 상기 제 2 전기 입력 신호는 상기 센서 캐패시터에 인가되는 제 2 바이어스 전압에 의존하는
    감도 결정 방법.
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