KR20150132149A - 반도체 소자 및 시그마-델타 루프 mems 획득 - Google Patents

반도체 소자 및 시그마-델타 루프 mems 획득 Download PDF

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KR20150132149A
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Abstract

반도체 소자는 감지 노드에서 제1 전압 변동으로서 MEMS의 상태를 측정한다. 상기 MEMS의 상태는 커패시턴스를 포함하다. 제1 커패시터는 제1 신호로서 제1 전압 변동을 제2 노드로 전송하기 위해 감지 노드와 적분기의 입력 사이에 연결된다. 제2 신호로서 제2 전압 변동이 제2 커패시터를 통해 제2 노드로 라우팅된다. 상기 적분기는 제1 신호와 제2 신호를 적분하여 적분된 신호를 제공한다. ADC가 적분기의 출력으로 연결된 입력을 가지며 적분된 신호를 MEMS의 커패시턴스를 나타내는 디지털 신호로 변환한다. DAC가 상기 ADC의 출력을 연결된 입력을 가진다. 제2 커패시터가 상기 DAC의 출력과 감지 노드 사이에 연결되어 있다.

Description

반도체 소자 및 시그마-델타 루프 MEMS 획득{SEMICONDUCTOR DEVICE AND SIGMA-DELTA LOOP MEMS ACQUISITION}
우선권 주장
본 발명은 2013년 03월 15일에 출원된 미국 가특허출원 61/788,286호의 이익을 주장하며, 상기 미국 가특허출원은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 반도체 소자 및 더 구체적으로 시그마-델타 루프를 이용한 MEMS의 측정 회로 및 측정 방법과 관련된다.
반도체 소자는 현대의 전자 제품에서 흔히 발견된다. 반도체 소자의 전기적 구성요소의 개수 및 밀도가 다양하다. 집적된 반도체 소자는 일반적으로 수백에서 수백만 개의 전기적 구성요소를 포함한다. 집적된 반도체 소자의 예시로는 마이크로제어기, 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 및 그 밖의 다른 특정 기능 회로가 있다. 일반적으로 이산 반도체 소자가 하나의 유형의 전기적 구성요소, 가령, 발광 다이오드(LED), 소형 신호 트랜지스터, 레지스터, 커패시터, 인덕터, 및 파워 금속 옥사이드 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함한다.
반도체 소자는 광범위한 기능, 가령, 신호 프로세싱, 고속 계산, 전자기 신호의 송신 및 수신, 전자 소자의 동작 제어, 및 기계 소자의 운동 제어를 수행한다. 상기 반도체 소자는 통신, 전력 변환, 기계 제어, 네트워크, 컴퓨터, 및 소비자 제품의 분야에서 발견된다. 반도체 소자는 또한 군사 분야, 항공, 자동차, 산업 제어, 및 사무실 기기에서 발견된다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS)이 종종 상기 반도체 소자와 함께 사용된다. 예를 들어, MEMS는 코움 액추에이터(comb actuator), 셀 폰 카메라의 렌즈, 탈착식 거울, 가속도계, 또는 자이로(gyro)일 수 있다. 상기 MEMS는 이들 사이에 유전 매질이 있는 2개의 전극 또는 요소로부터의 커패시턴스를 보일 수 있다. MEMS의 커패시턴스는 상기 2개의 전극 간 상대적 변위 또는 거리에 따라 변화한다. 카메라 렌즈의 경우, 커패시턴스는 렌즈의 초점의 움직임, 또는 센서에 대한 렌즈의 움직임만큼 변한다, 즉, 커패시턴스는 렌즈의 변위에 따라 달라진다. 렌즈의 움직임 또는 변위는 MEMS의 커패시턴스를 측정함으로써 결정될 수 있다. MEMS의 현재 상태 및 동작이 유효 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 제어될 수 있다.
도 1은 노드(14)와 접지 전위로서 동작하는 단자(16) 사이에 연결되는 가변 커패시터(12)에 의해 표현되는 MEMS의 커패시턴스를 측정하기 위한 측정 회로(10)의 종래의 블록 및 개략적 다이어그램을 도시한다. 전하 펌프(20)는 연결 회로(22)를 통해 노드(14)로 연결되어 커패시터(12) 양단의 전압을 변경하고, 이는 가령 MEMS 커패시터의 하나의 전극의 운동을 유도하기 위해 MEMS에 힘을 부여하는 전기장을 만든다. 그 후 MEMS 커패시터(12)의 값이 측정되어 전하 펌프 전압의 적용에 의해 야기된 MEMS 커패시터의 전극의 변위의 양 또는 새 위치를 결정할 수 있다. 연결 회로(22)는 트랜지스터, 레지스터, 또는 전자 스위치일 수 있다. 커패시터(24)는 노드(14)와 노드(26) 사이에 연결되고, 커패시터(28)는 노드(14)와 노드(30) 사이에 연결된다. 리셋 회로(32)는 노드(26)와 노드(30) 사이에 연결된 트랜지스터 또는 전자 스위치일 수 있다. 펄스 또는 스텝 생성기(34)는 증폭기(36)의 비반전 입력(non-반전 입력)으로 연결된 출력을 가진다. 증폭기(36)의 반전 입력이 노드(26)로 연결되고, 증폭기(36)의 출력이 측정 회로(10)의 출력 단자(38)에서 노드(30)로 연결되어 커패시터(12)의 값의 대표적 측정치로서 아날로그 출력 신호를 제공할 수 있다.
측정 회로(10)는 MEMS 커패시터(12)의 아날로그 측정치를 제공한다, 즉, 커패시터(12)의 값이 결정될 것이다. 연결 회로(22) 및 리셋 회로(32)가 폐쇄되거나 저 임피던스 상태라고 가정한다. 전하 펌프(20)로부터의 전압이 커패시터(12)로 인가되어 MEMS의 변위 또는 상태 변화를 야기할 수 있다. 커패시터(24 및 28)는 노드(14) 상의 전하 펌프(20)로부터의 고 전압으로부터 증폭기(36)를 고립시킨다, 즉, MEMS의 변위 또는 상태 변화를 위해 요구되는 전압이 능동 증폭기의 항복 전압보다 클 수 있다. 커패시터(28)는 노드(14)에 연결되어 MEMS 커패시터(12)로 전하를 주입할 수 있다. 커패시터(24)는 노드(14)에서의 전압(V14)의 변화를 감지한다. 리셋 회로(32)가 저 임피던스이기 때문에, 증폭기(36)의 반전 입력의 전압이 펄스 생성기(34)로부터 증폭기의 비반전 입력에서의 전압과 동일한 증폭기의 출력 전압과 실질적으로 동일하다.
연결 회로(22) 및 리셋 회로(32)는 개방되거나 고 임피던스이다, 즉, 측정 상태 동안 연결 회로(22) 및 리셋 회로(32)는 비활성화된다. 펄스 생성기(34)는 증폭기(36)의 비반전 입력으로 펄스 또는 스텝 함수 VP를 제공한다. 증폭기(36)의 반전 입력에서의 전압이 증폭기의 비반전 입력에 인가되는 VP와 실질적으로 동일할 것이다. 증폭기(36)의 출력은 증폭기의 반전 입력이 VP를 따르도록 변한다. 증폭기(36)의 출력 전압은 커패시터와 VP의 비를 기초로 변한다, 즉, VP에 반응하는 증폭기(36)의 출력 전압이 커패시터(28)를 통해 영향을 받아, 커패시터(12)의 함수로서의 V14의 변화를 야기하고, 그 후 상기 변화가 증폭기의 입력 양단의 커패시터(24)를 통해 측정되고 증폭기의 출력에 제공된다. 커패시터(12)의 값(MEMS의 변위 또는 상태)이 전하 펌프(20)에 의해 인가되는 힘 때문에 미지수이다. 그러나 커패시터(12)의 함수로서의 V14의 변화로부터 커패시터(12)의 값이 결정되고 출력 단자(38)에서의 증폭기(36)의 아날로그 출력 전압으로서 제공될 수 있다. 증폭기(36)의 아날로그 출력 전압이 커패시터(12)의 값에 따라 변한다.
도 2는 노드(44)와 접지 전위로 동작하는 단자(46) 사이에 연결되는 가변 커패시터(42)에 의해 나타나는 MEMS의 커패시턴스를 측정하기 위한 측정 회로(40)의 또 다른 종래의 블록 및 개략적 다이어그램을 도시한다. 전하 펌프(50)는 연결 회로(52)를 통해 노드(44)로 연결되어, 커패시터(42) 양단의 전압을 변화시키며, 이는 MEMS 상에 힘을 부여하는 전기장을 생성하며, 가령, 렌즈의 움직임을 유도할 수 있다. 그 후 MEMS 커패시터(42)의 값이 측정되어 전하 펌프 전압의 인가에 의해 야기되는 MEMS의 변위의 양 또는 새 위치 또는 상태를 결정할 수 있다. 연결 회로(52)는 트랜지스터, 레지스터, 또는 전자 스위치일 수 있다. 커패시터(54)는 노드(44)와 노드(56) 사이에 연결되며 커패시터(58)는 노드(44)와 노드(60) 사이에 연결된다. 리셋 회로(62)는 노드(56)와 노드(60) 사이에 연결된 트랜지스터 또는 전자 스위치일 수 있다. 펄스 또는 스텝 생성기(64)는 커패시터(65)를 통해 증폭기(68)의 반전 입력으로 연결된 출력을 가진다. 증폭기(68)의 비반전 입력은 DC 기준 전압 VREF1을 수신한다. 증폭기(68)의 반전 입력이 노드(56)로 연결되고 증폭기(68)의 출력이 측정 회로(40)의 출력 단자(70)에서의 노드(60)로 연결되어, 커패시터(42)의 값의 아날로그 출력 신호 대표 측정을 제공할 수 있다.
연결 회로(52) 및 리셋 회로(62)가 폐쇄 또는 저 임피던스 상태라고 가정한다. 전하 펌프(50)로부터의 전압이 커패시터(42)로 인가되어 MEMS의 변위 또는 상태 변화를 야기할 수 있다. 커패시터(54 및 58)는 노드(44) 상의 전하 펌프(50)로부터의 고 전압으로부터 증폭기(68)를 고립시킨다, 즉, MEMS 요소를 변위시키기 위해 필요한 전압이 능동 증폭기의 항복 전압보다 클 수 있다. 연결 회로(52) 및 리셋 회로(62)가 개방되거나 고 임피던스로 설정된다, 즉, 측정 상태 동안 연결 회로 및 리셋 회로가 비활성화된다. 커패시터(58)가 노드(44)로 연결되어 전하를 MEMS 커패시터(42)로 주입할 수 있다. 커패시터(54)는 노드(44)에서의 전압(V44)의 변화를 감지한다. 펄스 생성기(64)는 펄스 또는 스텝 기능 VP을 커패시터(66)를 통해 증폭기(68)의 반전 입력으로 제공한다. 증폭기(68)의 출력 전압이 커패시터와 VP의 비를 기초로 변한다. 따라서 커패시터(42)의 값이 증폭기(68)의 아날로그 출력 전압의 변화로부터 결정되고 출력 단자(70)에서 이용 가능해질 수 있다.
MEMS 커패시터의 측정이 종래의 아날로그 회로, 가령, 증폭기(36 또는 68)를 이용한다. 증폭기(36 또는 68)로부터의 MEMS 커패시터의 아날로그 측정 값이 가령, 디지털 회로에 의한 추가 프로세싱을 위해 측정 회로를 포함하는 반도체 다이 내 또는 외부의 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 디지털 포맷으로 변환되어야 한다. MEMS 커패시터의 아날로그 측정은 일부 적용예에서 요구되는 분해능이 결여됐을 수 있다.
컴팩트한 회로 레이아웃에서 고분해능으로 MEMS를 측정할 필요성이 있다. 따라서 하나의 실시예에서, 본 발명은 MEMS의 상태를 측정하기 위한 감지 노드를 포함하는 MEMS를 위한 측정 회로이다. 제1 커패시터는 감지 노드와 적분기의 입력 사이에 연결된다. ADC는 적분기의 출력으로 연결된 입력 및 MEMS의 상태를 나타내는 디지털 신호를 제공하는 출력을 포함한다. DAC는 ADC의 출력으로 연결된 입력을 포함한다. 제2 커패시터는 DAC의 출력과 감지 노드 사이에 연결된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 MEMS를 측정하는 방법이며, 감지 노드에서 제1 전압 변동으로서 MEMS의 상태를 감지하는 단계, 제1 신호로서 제1 전압 변동을 제1 커패시터를 통해 제2 노드로 전송하는 단계, 제2 신호로서 제2 전압 변동을 제2 커패시터를 통해 제2 노드로 제공하는 단계, 제1 신호 및 제2 신호를 적분하여 적분된 신호를 제공하는 단계, 적분된 신호를 MEMS의 상태를 나타내는 디지털 신호로 변환하는 단계, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계, 및 제3 커패시터를 통해 감지 노드로 아날로그 신호를 라우팅하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 MEMS를 측정하기 위한 반도체 소자이며, MEMS를 측정하기 위한 감지 노드를 포함한다. 제1 커패시터는 감지 노드와 제 1 적분기의 입력 사이에 연결된다. ADC는 제1 적분기의 출력으로 연결된 입력 및 MEMS의 상태를 나타내는 디지털 신호를 제공하는 출력을 포함한다. 피드백 회로는 ADC의 출력과 감지 노드 사이에 연결된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 MEMS를 측정하는 방법이며 감지 노드에서 제 1 전압 변동으로서 MEMS의 상태를 감지하는 단계, 제1 신호로서 제1 전압 변동을 제 1 커패시터를 통해 제 2 노드로 전송하는 단계, 제1 신호를 적분하여 적분된 신호를 제공하는 단계, 및 적분된 신호를 MEMS의 상태를 나타내는 디지털 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
도 1은 MEMS의 커패시턴스를 측정하기 위한 종래의 측정 회로의 개략적인 블록도이다.
도 2는 MEMS의 커패시턴스를 측정하기 위한 또 다른 종래의 측정 회로의 개략적인 블록도이다.
도 3은 MEMS 및 개별 측정 회로를 도시한다.
도 4는 측정 회로를 담고 외부 핀을 갖는 반도체 패키지를 도시한다.
도 5는 피드백을 갖는 시그마-델타 루프를 이용하는 MEMS에 대한 측정 회로의 개략적 블록도이다.
도 6은 시그마-델타 루프의 동작의 파형 플롯을 도시한다.
도 7a-7d는 시그마-델타 루프 및 피드백의 동작의 다양한 상태 동안의 측정 회로의 개략적 블록도이다.
도 8은 이차 시그마-델타 루프를 이용하는 MEMS에 대한 측정 회로의 개략적 블록도이다.
본 발명은 도면을 참조하여 다음의 기술에서 하나 이상의 실시예로 기재되며, 여기서 유사한 번호가 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 본 발명이 본 발명의 목적을 이루기 위한 최상 모드로 기재되지만, 해당 분야의 통상의 기술자라면 대안, 수정, 및 균등예가 다음의 개시내용 및 도면에 의해 뒷받침되는 특허청구범위 및 이의 균등물에 의해 규정되는 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있음을 알 것이다.
반도체 소자는 광범위한 기능, 가령, 신호 프로세싱, 고속 계산을 수행하고, 전자기 신호를 송신 및 수신, 전자 소자의 동작을 제어, 기계 소자의 운동을 제어하는 기능을 수행한다. 반도체 소자는 통신, 전력 변환, 기계적 제어, 네트워크, 컴퓨터, 및 소비자 제품의 분야에서 발견된다. 또한 반도체 소자는 군사 분야, 항공, 자동차, 산업 제어기 및 사무실 기기에서 발견된다.
도 3은 상기의 적용예 중 하나 이상에서 사용되기 위한 MEMS(100)를 도시한다. 예를 들어, MEMS(100)는 코움 액추에이터(comb actuator), 셀 폰 카메라의 렌즈, 탈착식 거울, 가속도계, 또는 자이로(gyro) 등일 수 있다. 상기 MEMS는 이들 사이에 유전 매질이 있는 2개의 전극 또는 요소로부터의 커패시턴스를 보일 수 있다. MEMS(100)의 커패시턴스는 상기 2개의 전극 간 상대적 변위 또는 거리에 따라 변화한다. 카메라 렌즈의 경우, 커패시턴스는 렌즈의 초점의 움직임, 또는 센서에 대한 렌즈의 움직임만큼 변한다, 즉, 커패시턴스는 렌즈의 변위에 따라 달라진다. 렌즈의 움직임 또는 변위는 MEMS(100)의 커패시턴스를 측정함으로써 결정될 수 있다. MEMS(100)의 현재 변위, 위치, 상태 및 동작이 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 제어될 수 있다.
반도체 소자(102)는 MEMS(100)에 근접하게 이격되어 위치하며 전기적으로 연결된 구성요소이다. 반도체 소자(102)는 다이 내에 형성되고 다이의 전기적 설계 및 기능에 따라 전기적으로 인터커넥트되는 능동 소자, 수동 소자, 전도 층, 및 유전체 층으로서 구현되는 아날로그 및 디지털 회로를 갖는 반도체 다이를 포함한다. 예를 들어, 회로는 다이의 활성 표면 내에 형성된 하나 이상의 트랜지스터, 다이오드, 및 그 밖의 다른 회로 요소를 포함하여, 아날로그 및 디지털 회로, 가령, 증폭기, 변조기, 복조기, 적분기, ADC, DAC, 또는 그 밖의 다른 신호 프로세싱 회로를 구현할 수 있다. 또한 반도체 소자(102)는 집적 수동 소자(IPD), 가령, 인덕터, 커패시터, 및 레지스터를 포함할 수 있다. 반도체 다이는 베이스 기판 물질, 가령, 실리콘, 게르마늄, 알루미늄 포스파이드, 알루미늄 아르세나이드, 갈륨 아르세나이드, 갈륨 니트라이드, 인듐 포스파이드, 실리콘 카바이드, 또는 구조적 지지를 위한 그 밖의 다른 벌크 반도체 물질을 포함한다. 도 4는 구조적 지지 및 환경적 보호를 위해 반도체 다이를 감싸는 반도체 패키지(104)를 도시한다. 반도체 패키지(104)는 그 밖의 다른 시스템 구성요소, 가령, MEMS(100)와의 인터커넥션을 위한 핀(106)을 포함한다.
구체적으로, 반도체 패키지(104)는 MEMS의 상태 또는 값을 측정하기 위해 개별 MEMS(100)로 전기적으로 연결된 반도체 다이로서 구현되는 측정 회로(108)를 포함한다. 측정 회로(108)는 반도체 패키지(104)의 하나 이상의 핀(106)을 통해 MEMS(100)로 연결된다. 하나의 실시예에서, 반도체 패키지(104) 내에 배치되는 측정 회로(108)가 개별 반도체 패키지 또는 그 밖의 다른 물리적 구조물 내 배치되는 MEMS(l00)의 커패시턴스를 측정한다. 따라서 측정 회로(108)는 반도체 패키지(104) 외부에 위치하는 MEMS(100)를 측정한다.
도 5는 감지 노드(112)에서의 반도체 패키지(104)의 핀(106a)과 접지 전위로 동작하는 단자(114) 사이에 연결된 가변 커패시터(110)(C110)에 의해 나타나는 MEMS(100)의 커패시턴스를 측정하기 위한 측정 회로(108)의 개략적인 블록도이다. 핀(106a)은 반도체 패키지(104)의 감지 전극으로서 동작하고 MEMS(100)로 외부 연결되며 MEMS의 현재 변위, 위치, 상태, 또는 동작을 나타내는 커패시터(110)의 값을 측정한다.
전하 펌프(116)는 연결 회로(118)를 통해 감지 노드(112)로 연결되어, MEMS(100)에, 가령, 렌즈의 운동을 유도하기 위한 힘을 부여하는 전기장을 생성하는 커패시터(110) 양단의 전압(V112)을 변경할 수 있다. 연결 회로(118)는 트랜지스터, 레지스터, 또는 전자 스위치일 수 있다. 그 후, 전하 펌프 전압의 인가에 의해 야기되는 MEMS(100)의 변위의 양 또는 새 위치 또는 상태를 결정하기 위해 MEMS 커패시터(110)의 값이 측정된다. 커패시터(120)(C120)가 노드(112)와 노드(122) 사이에 연결된다. 리셋 회로(124)는 노드(122)와 접지 전위에서 동작하는 단자(126) 사이에 연결된다. 리셋 회로(124)는 트랜지스터 또는 전자 스위치일 수 있다.
DC 기준 전압 VREF2은 변조기(130)의 제1 입력으로 인가된다. 변조기(130)의 제2 입력이 변조 클록 신호(modulating clock signal) FS1를 수신하여 기준 전압 VREF2를 위상 또는 진폭 변조할 수 있다. 커패시터(132)(C132)는 변조기(130)의 출력과 노드(122) 사이에 연결된다. 복조기(134)는 노드(122)로 연결된 제1 입력, 및 노드(122)에서의 신호를 복조하기 위한 클록 신호 FS2를 수신하는 제2 입력을 가진다. 복조기(134)의 출력이 적분기(138)의 입력으로 연결된다. 적분기(138)는 시그마-델타 루프의 입력 경로(input path)와 피드백 경로(feedback path) 간 차이를 적분한다. 입력/피드백 차이가 0이 아닌 경우, 차이가 0으로 수렴할 때까지 적분기(138)는 루프의 출력을 구동한다. 적분기(138)의 출력이 ADC(140)의 입력으로 연결된다. ADC(140)의 출력은 교정(calibration) 또는 필터링을 위해 노드(142)에서 선택적 디지털 신호 프로세싱 블록(143)으로 연결된다. 노드(142) 또는 디지털 신호 프로세싱 블록(143)의 출력이 커패시터(110)의 값을 나타내는 디지털 코드 DOUT을 반도체 패키지(104)의 핀(106b)으로 제공한다.
또한 ADC(140)의 출력이 디지털-아날로그 변환기(DAC)(144)의 입력으로 연결된다. DAC(144)는 DC 기준 전압(VREF3)을 또한 수신한다. DAC(144)의 출력이 변조기(148)의 제1 입력으로 연결된다. 변조기(148)의 제2 입력이 클록 신호 FS3를 수신하여 DAC(144)의 출력 신호를 위상 또는 진폭 변조할 수 있다. 변조기(148)의 출력이 피드백 전압 VBACK을 제공한다. 커패시터(150)(C150)가 변조기(148)의 출력과 감지 노드(112) 사이에 연결된다. DAC(144), 변조기(148), 및 커패시터(150)는 ADC(140)의 출력과 감지 노드(112) 사이에 피드백 회로를 이룬다.
측정 회로(108)는 C110, C120, 및 C150를 포함하는 커패시터 분주기에 인가되는 피드백 전압 VBACK에 반응하여 노드(112)에서의 전압의 변화를 감지함으로써 MEMS(100)의 커패시턴스를 측정하기 위한 피드백을 갖는 시그마-델타 루프를 이용한다. 시그마-델타 루프는 컴팩트 회로 레이아웃에서 고해상도로 노드(142) 또는 반도체 패키지(104)의 핀(106b)에서 MEMS(100)의 커패시턴스를 나타내는 디지털 신호 DOUT을 제공한다. 측정 회로(108)의 기능은 하기의 동작 원리 및 연관된 수학식에 의해 기술될 수 있다.
연결 회로(118) 및 리셋 회로(124)는 폐쇄되거나 저 임피던스라고 가정한다. 전하 펌프(116)로부터의 전압이 노드(112) 및 커패시터(110)에 인가되고 힘을 부여하며 MEMS(100)의 변위 또는 그 밖의 다른 위치, 상태, 또는 동작의 변화를 초래할 수 있다. 커패시터(120 및 150)는 리셋 회로(124), 복조기(134), 적분기(138), ADC(140), DAC(144), 및 변조기(148)를 노드(112) 상의 전하 펌프(116)로부터의 고 전압으로부터 전기적으로 고립시킨다, 즉, MEMS(100)를 변위시키기 위해 필요한 전압이 능동 회로의 항복 전압보다 클 수 있다. 연결 회로(118) 및 리셋 회로(124)가 개방되거나 고 임피던스로 설정된다, 즉, 연결 회로(118) 및 리셋 회로(124)는 커패시터(110)의 측정 상태 동안 비활성화된다. 대안적으로, 연결 회로(118)는 폐쇄 상태를 유지하고 리셋 회로(124)는 개방되거나 고 임피던스로 설정된다. 커패시터(110)의 값은 전하 펌프(116)에 의한 힘의 인가 후 MEMS(100)의 변위, 위치, 상태, 및 동작을 나타낸다.
DC 기준 전압 VREF2는 변조기(130)를 통해 클록 신호 FS1에 의해 위상 또는 진폭 변조된다. 하나의 실시예에서, FS1=FS2=FS3이고 일반적으로 FS라고 지정된다. 또 다른 실시예에서, FS1, FS2, 및 FS3 각각은 공통 또는 동기식 클록 주파수의 서로 다른 위상, 딜레이, 또는 듀티 사이클을 보인다. 변조기(130, 148), 복조기(134), 및 클록 신호(FS1-FS3)는 +1/-1 사각파 변조기, 삼각파 변조기, 톱니파 변조기, 사인파 변조기, 또는 그 밖의 다른 주기성 변조기일 수 있다. VREF2 및 VREF3은 안정한 DC 기준 전압이다. 변조기(130)의 출력 신호가 V130으로 지정되며 전압 변동 ΔV130이 FS1에 의한 VREF2의 변조로 인한 V130의 변화를 나타낸다. 도 6은 FS 및 V130의 파형 플롯을 도시한다. 피드백 전압 VBACK이 커패시터(110, 120, 및 150)를 통한 감지 노드(112)에서의 전압 V112의 변화(ΔV112)를 야기한다. 전압 변동 ΔV112은 관심 값인데, 즉, 커패시터(150)를 통해 VBACK에 반응한 ΔV112는 MEMS(100)의 현재 변위, 위치, 상태, 및 동작을 나타내는 커패시터(110)의 미지의 값을 결정하기 위한 시그마-델타 루프의 측정 동작과 관련된다.
적분기(138)로 전달되는 전하의 총 합(QT)은 변조기(130)에서의 클록 신호 FS1에 의한 변조 및 변조기(148)에서의 클록 신호 FS3에 의한 변조, 및 복조기(134)에서의 클록 신호 FS2에 의한 복조에 의해 2개의 소스, 즉, 커패시터(120)를 통한 전압 변동 ΔV112 및 커패시터(132)를 통한 전압 변동 ΔV130으로부터 기원한다. 적분기(138)는 커패시터(120 및 132)로부터의 총 전하 QT를 적분하고 평균 적분 신호를 ADC(140)로 제공한다. 시그마-델타 루프가 수렴함에 따라, QT가 평균 0의 값에 접근한다. ΔV130, 커패시터(120), 및 커패시터(132)가 고정되어 있다고 가정하면, 적분기(138)로의 총 전하 QT의 정보 내용이 커패시터(150)를 통한 피드백 VBACK에 반응하여 ΔV112의 함수가 되며, 이는 수학식(1)로 표현된다:
Figure pct00001
(1)
도 6은 V144 및 VBACK의 파형 플롯을 도시한다. 전압 ΔV112은 이하의 수학식(2)에 따라 용량성 분주기 C110, C120, 및 C150 (가상 접지를 일컫는 C120)를 통해 동작하는 피드백 전압의 변화(ΔVBACK)에 따라 달라진다.
Figure pct00002
(2)
변조기(130 및 148)가 단위 이득을 가진다고 가정하면, 수학식(3) 및 (4)에서 나타나는 바와 같이, ΔVBACK가 DAC(144)(VREF3 x DOUT)의 출력 전압과 동일하고, ΔV130는 VREF2와 동일하다. DOUT은 비트 스트림 내 특정 값의 밀도로 표현되는 정보 맥락을 갖는 비트 스트림이다. 시그마-델타 루프는 입력 경로와 피드백 경로 간 차이를 적분하고 차이가 0으로 수렴할 때까지 루프의 출력을 구동시킨다. 도 6은 디지털 코드 DOUT의 파형 플롯을 도시한다.
Figure pct00003
(3)
Figure pct00004
(4)
수학식(1)-(4)을 조합하여, 각각의 사이클마다 적분기(138)로 주입되는 전하 QT가 수학식 (5)에서 나타난다:
Figure pct00005
(5)
QT가 0의 평균값에 근사함에 따라 시그마-델타 루프는 수렴한다. C120, C132, C150, VREF2, 및 VREF3가 고정된다고 가정하면, DOUT이 MEMS(100)의 현재 변위, 위치, 상태, 및 동작을 나타내는 C110에 따라 선형으로 변화한다. C150을 통한 피드백이 안정하다고 가정하면, 적분기(138)의 입력에서 폐쇄 루프 시그마-델타 함수가 수학식(6)으로 표현될 수 있으며, 여기서 <QT> 및 <DOUT>는 평균값을 가리킨다.
Figure pct00006
(6)
VREF3 = -VREF2를 설정함으로써, DOUT과 C110 간 관계가 수학식(7)-(8)으로 표현될 수 있다.
Figure pct00007
(7)
Figure pct00008
(8)
수학식(7)-(8)으로부터, 디지털 코드 DOUT이 MEMS(100)의 현재 변위, 위치, 상태, 또는 동작을 나타내는 커패시터(110)의 미지의 또는 미결정된 값과 직접 관련된다, 즉, DOUT은 MEMS(100)의 변위 또는 상태와 선형 관계인 커패시턴스 C110의 측정 값을 식별한다.
요컨대, 전하 펌프(116)에 의해 MEMS(100)에 부가된 힘 후에, 커패시터(110)의 값(MEMS의 새 변위, 위치, 또는 상태)이 알려지지 않는다. 커패시터(120 및 150)는 MEMS(100)를 제어하도록 요구되는 전하 펌프(116)로부터의 고 전압과 커패시터(110)의 값을 측정하기 위해 사용되는 능동 회로(리셋 회로(124), 적분기(138), ADC(140), DAC(144), 변조기(148), 복조기(134)) 간에 전기적 고립을 유지한다.
적분기(138)는 커패시터(120 및 132)로부터의 총 전하 QT를 적분하고 평균 적분 신호를 ADC(140)로 제공한다. ADC(140)는 평균 적분 신호를 MEMS(100)의 변위, 위치, 상태, 또는 동작의 측정치로서 디지털 코드 DOUT으로 변환한다. 커패시터(110)의 값이 반도체 패키지(104)의 핀(106b)에서 이용 가능해진 ADC(140)의 디지털 코드 DOUT으로부터의 커패시터(110)의 함수로서 전압 변동 ΔV112으로부터 결정될 수 있다. 디지털 코드 DOUT은 커패시터(110)의 값을 식별한다. DOUT은 샘플링되거나 연속적으로 획득되어 MEMS(100)의 변위, 위치, 상태, 또는 동작을 결정할 수 있다.
시그마-델타 루프는 DAC(144), 변조기(148), 및 DC 기준 전압 VREF3을 기초로 ADC(140)로부터의 DOUT을 아날로그 피드백 신호 VBACK로 변환하는 커패시터(150)를 포함하는 피드백 루프를 포함한다. 따라서 전압 변동 V112가 커패시터(110, 120, 및 150)의 값 및 피드백 신호(VBACK)에 의해 결정된다. 커패시터(110)의 측정치가 전하 펌프(116)에 의해 부가되는 힘에 반응하여 실제 변위, 위치, 상태, 또는 동작을 결정한다. 측정 회로(108)가 컴팩트한 회로 레이아웃으로 커패시터(110)의 측정치를 나타내는 디지털 코드 DOUT을 제공한다. 커패시터(110)의 측정치를 기초로, 전하 펌프(116)에 의해 부가되는 또 다른 힘의 적용에 의해 MEMS(100)에 조정이 이뤄질 수 있고 커패시터(110)의 값이 다시 측정된다. 프로세스는 MEMS(100)의 의도된 변위, 위치, 또는 상태를 측정하도록 계속 반복된다.
측정 회로(108)는 MEMS(100)의 상태를 변경하기 위해 필요한 고 전압 전극과 커패시턴스 C110를 측정하기 위한 회로를 위해 고 전압으로부터 고립하는 것을 모두 제공한다. 디지털 코드 DOUT이 시그마-델타 루프에서 입력 범위가 기준 전압보다 더 작게 유지되는 상태 하에서 특정 범위(가령, 0-1, +1/-1, 또는 그 밖의 다른 정의된 범위) 내로 유지되도록 이득의 값 A, C120, C132, C150, VREF2, 및 VREF3이 선택된다. 예를 들어, 0-1 사이의 디지털 코드 DOUT을 이용해 25-300 피코패럿(pF) 사이의 커패시터(110)의 값을 측정하기 위해, 값이 C120 = 1 pF, C132 = 0.5 pF, C150 = 25 pF, VREF1 = 2 V, VREF2 = 150 밀리볼트 (mV), 및 VREF3 = 2 V로 설정될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 감소된 간격으로, 즉, 덜 빈번하게, 커패시터(120)를 통과한 전하를 적분하여 커패시터(132)로부터의 전하를 상대 적분하기 위해 적분기(138)를 이용함으로써 이득 A가 가변될 수 있다. 하나 이상의 감지 전극(106a) 및 하나 이상의 소스 전극(106b)을 갖도록 측정 회로가 구성될 수 있다.
도 7a-7d는 도 5에 따르는 측정 회로(108)의 4개의 동작 상태의 한 가지 대표적 예시의 추가 상세사항을 도시한다. 변조기(130 및 148) 및 복조기(134)가 측정 회로(108)의 동작의 단순화된 설명을 제공하기 위해 단위 이득을 갖고 스위칭 회로(160, 162, 및 164)에 의해 각각 나타난다. 적분기(138)는 증폭기(168) 및 커패시터(170)를 갖도록 구현된다. 도 7a에 도시된 바와 같이 측정 회로(108)의 동작 상태(1) 동안, 커패시터(120, 132, 및 150) 상의 전하가 방전되고 리셋된다. 스위칭 회로(160)는 커패시터(132)를 접지 기준 전압으로 연결하도록 설정되고, 스위칭 회로(162)는 커패시터(120 및 132)를 접지 기준 전압으로 연결하도록 설정되며, 스위칭 회로(164)는 커패시터(150)를 접지 기준 전압으로 연결하도록 설정된다.
도 7b에 도시된 바와 같이 측정 회로(108)의 동작 상태(2) 동안, 스위칭 회로(162)는 노드(122)를 증폭기(168)의 반전 입력으로 연결하도록 설정되어 커패시터(120 및 132)로부터의 전하를 누적한다.
도 7c에 도시된 바와 같이 측정 회로(108)의 동작 상태(3) 동안, 스위칭 회로(160)는 기준 전압 VREF2을 커패시터(132)로 연결하고 적분기(168-170) 상에 전하를 누적시키도록 설정된다. 스위칭 회로(164)가 DAC(144)의 출력을 커패시터(150)로 연결하도록 설정되어 피드백을 완료하고 커패시터 분주기(C110, C120, 및 C150)를 기초로 VBACK이 전압 V112을 변화시킬 수 있게 한다. 커패시터(120)를 통한 전압 변동 ΔV112으로부터 전하가 적분기(168-170) 상에 누적된다. 적분기(168-170) 상의 총 전하 QT가 0으로 수렴된다.
도 7d에 도시된 바와 같이 측정 회로(108)의 동작 상태(4) 동안, 스위칭 회로(162)는 노드(122)를 접지 기준 전압으로 연결하도록 설정된다. 디지털 코드 DOUT이 계속 샘플링되고 모니터링되어 커패시터(110)의 값을 결정할 수 있다. 다음 측정 사이클을 준비하기 위해 측정 회로(108)는 동작 상태 1로 복귀하여 커패시터(120, 132, 및 150)를 방전 및 리셋할 수 있다.
피드백 신호로부터 얻어진 전하를 커패시터(120)를 통해 적분기(138) 내로 주입하는 그 밖의 다른 스위칭 스킴이 실현될 수 있다. 감지 노드(112)에서의 전압의 변동은 수학식(2)에서 나타난 바와 같이 커패시터(110, 120, 및 150) 및 피드백 전압 VBACK의 함수이다. 측정 회로(108)는 공통 감지 노드 또는 추가 감지 노드로 연결된 복수의 MEMS를 측정하도록 구성될 수 있다.
도 8은 노드(182)에서의 반도체 패키지(104)의 핀(106a)과 접지 전위에서 동작하는 단자(184) 사이에 연결되는 가변 커패시터(180)(C180)에 의해 나타나는 MEMS(100)의 커패시턴스를 측정하기 위해 이차 시그마-델타 루프(second order sigma-delta loop)를 이용하는 측정 회로(178)를 도시한다. 반도체 패키지(104)의 감지 전극이 MEMS(100)로 외부에서 연결되고 MEMS의 현재 변위, 위치, 상태, 또는 동작을 나타내는 커패시터(180)의 값을 측정할 때 핀(106a)이 동작한다. 전하 펌프(186)가 연결 회로(188)를 통해 감지 노드(182)로 연결되어, MEMS(100)에 힘에 가해, 가령, 렌즈의 운동을 유도하는 전기장을 만드는 커패시터(180) 양단의 전압 V182을 변경할 수 있다. 연결 회로(188)는 트랜지스터, 레지스터, 또는 전자 스위치일 수 있다. 그 후 MEMS 커패시터(180)의 값이 측정되어 전하 펌프 전압의 인가에 의해 야기되는 MEMS(100)의 변위의 양 또는 새 위치 또는 상태를 결정할 수 있다. 커패시터(190)(C190)가 노드(182)와 노드(192) 사이에 연결된다. 리셋 회로(194)는 노드(192)와 접지 전위에서 동작하는 단자(196) 사이에 연결된다. 리셋 회로(194)는 트랜지스터 또는 전자 스위치일 수 있다.
DC 기준 전압 VREF2가 변조기(200)의 제1 입력으로 인가된다. 변조기(200)의 제2 입력이 클록 신호 FS1를 수신하여 기준 전압 VREF2를 위상 또는 진폭 변조할 수 있다. 커패시터(202)(C202)는 변조기(200)의 출력과 노드(192) 사이에 연결된다. 복조기(204)는 노드(192)로 연결된 제1 입력, 및 노드(192)에서 신호를 복조하기 위한 클록 신호 FS2를 수신하는 제2 입력을 가진다. 복조기(204)의 출력이 적분기(208)의 입력으로 연결된다. 적분기(208)는 증폭기(210) 및 커패시터(212)를 포함한다. 적분기(208)의 출력이 변조기(213)의 제1 입력으로 연결된다. 변조기(213)의 제2 입력이 클록 신호 FS3를 수신하여 적분기(208)의 출력 신호를 위상 또는 진폭 변조할 수 있고, 복조기(214)의 출력이 커패시터(214)를 통해 노드(217)에서의 복조기(216)의 제1 입력으로 연결된다. 커패시터(218)는 감지 노드(182)와 노드(217) 사이에 연결된다. 복조기(216)의 제2 입력이 노드(217)에서의 신호를 복조하기 위한 클록 신호 FS4를 수신한다. 복조기(216)의 출력이 적분기(220)의 입력으로 연결된다. 적분기(220)는 증폭기(222) 및 커패시터(224)를 포함하며, 적분기(208)와 함께 시그마-델타 루프의 입력 경로와 피드백 경로 간 차이의 이차 적분(second order integration)을 수행한다. 입력/피드백 차이가 0이 아니라면, 적분기(208 및 220)는 차이가 0으로 수렴할 때까지 루프의 출력을 구동한다.
적분기(220)의 출력이 ADC(230)로 연결된다. ADC(230)의 출력이 교정 또는 필터링을 위해 노드(232)에서 선택적 디지털 신호 프로세싱 블록(231)으로 연결된다. 노드(232) 또는 디지털 신호 프로세싱 블록(231)의 출력이 커패시터(180)의 값을 나타내는 디지털 코드 DOUT를 반도체 패키지(104)의 핀(106b)에 제공한다. 또한 ADC(230)의 출력이 DAC(234)의 입력으로 연결된다. 또한 DAC(234)는 DC 기준 전압 VREF3을 수신한다. DAC(234)의 출력이 변조기(238)의 제1 입력으로 연결된다. 변조기(238)의 제2 입력이 클록 신호 FS5를 수신하여 DAC(234)의 출력 신호를 위상 또는 진폭 변조할 수 있다. 변조기(238)의 출력이 피드백 전압 VBACK을 제공한다. 커패시터(240)(C240)는 변조기(238)의 출력과 감지 노드(182) 사이에 연결된다. DAC(234), 변조기(238), 및 커패시터(240)는 ADC(230)의 출력과 감지 노드(182) 사이에 피드백 회로를 이룬다.
측정 회로(178)는 C180, C190, C218, 및 C240를 포함하는 커패시터 분주기에 인가되는 피드백 전압 VBACK에 반응하여 노드(182)에서의 전압의 변화를 감지함으로써 MEMS(100)의 커패시턴스를 측정하기 위한 피드백을 갖는 이차 시그마-델타 루프를 이용한다. 상기 시그마-델타 루프는 컴팩트 회로 레이아웃에서 고해상도를 갖고 노드(232)에서 MEMS(100)의 커패시턴스를 나타내는 디지털 코드 DOUT을 제공한다.
동작의 다음의 원리에 의해 측정 회로(178)의 기능이 기술될 수 있다. 연결 회로(188) 및 리셋 회로(194)가 폐쇄되거나 저 임피던스라고 가정한다. 전하 펌프(186)로부터의 전압이 감지 노드(182) 및 커패시터(180)에 인가되어 힘을 부여하고 MEMS(100)의 변위 또는 그 밖의 다른 위치, 상태, 또는 동작 변화를 야기할 수 있다. 커패시터(190, 218, 및 240)가 전하 펌프(186)로부터의 고 전압으로부터의 리셋 회로(194), 적분기(208 및 220), ADC(230), DAC(234), 변조기(213 및 238), 및 복조기(204 및 216)의 전기적 고립을 제공한다, 즉, MEMS(100)를 변위시키기 위해 필요한 전압이 능동 회로의 항복 전압보다 클 수 있다. 전하 펌프(186)에 의해 힘이 가해진 후 MEMS(100)의 변위, 위치, 상태, 및 동작을 나타내거나 지시하는 커패시터(180)의 값이 알려지지 않는다.
연결 회로(188) 및 리셋 회로(194)가 개방되거나 고 임피던스로 설정되는데, 즉, 연결 회로(188) 및 리셋 회로(194)는 커패시터(180)의 측정 상태 동안 비활성화된다. 대안적으로, 연결 회로(188)는 폐쇄 상태로 유지되고 리셋 회로(194)가 개방되거나 고 임피던스로 설정된다. DC 기준 전압 VREF2이 변조기(200)를 통해 클록 신호 FS1에 의해 위상 또는 진폭 변조된다. 하나의 실시예에서, FS1=FS2=FS3=FS4=FS5이다. 또 다른 실시예에서, FS1, FS2, FS3, FS4, 및 FS5 각각이 공통 또는 동기 클록 주파수의 서로 다른 위상, 딜레이, 또는 듀티 사이클을 보인다. 변조기(200, 213, 238), 복조기(204, 216) 및 클록 신호(FS1-FS5)가 +1/-1 사각파 변조기, 0-1 사각파 변조기, 삼각파 변조기, 톱니파 변조기, 사인파 변조기, 또는 그 밖의 다른 주기성 변조기일 수 있다. VREF2 및 VREF3는 안정한 DC 기준 전압이다. 변조기(200)의 출력 신호가 V200으로 지정되며, ΔV200는 FS1에 의한 VREF2의 변조로 인해 V200의 변화를 나타낸다. 피드백 전압 VBACK이 커패시터(180, 190, 218, 및 240)를 통해 감지 노드(182)에서의 전압 변동 ΔV182을 야기한다. 전압 변동 ΔV182은 관심 값이다, 즉, 커패시터(240)를 통한 VBACK에 반응한 ΔV182가 MEMS(100)의 현재 변위, 위치, 상태, 및 동작을 나타내는 커패시터(180)의 미지의 값을 결정하기 위해 시그마-델타 루프의 측정 동작과 관련된다. 적분기(208)로 전달되는 전하는 2개의 소스, 즉, 복조기(204)에서 클록 신호 FS2에 의해 변조되는 커패시터(190)를 통한 ΔV182 및 커패시터(202)를 통한 ΔV200으로부터 기원한다. 적분기(208)의 출력뿐 아니라 커패시터(218)를 통한 전압 변동 ΔV182의 전하가 적분기(220)의 입력으로 인가된다. 이차 시그마-델타 루프가 수렴할 때, 총 전하가 0의 평균 값에 근사한다. ΔV200, 커패시터(190), 커패시터(218), 및 커패시터(202)가 고정된다고 가정하면, 적분기(208 및 220)로의 총 전하 QT의 정보 내용이 커패시터(240)를 통한 피드백 VBACK에 반응하여 전압 변동 ΔV182의 함수가 된다.
ADC(230)가 MEMS(100)의 변위, 위치, 상태, 또는 동작의 측정치로서 디지털 코드 DOUT을 제공한다. 디지털 코드 DOUT은 MEMS(100)의 현재 변위, 위치, 상태 또는 동작을 나타내는 커패시터(180)의 미지의 또는 미결정된 값과 직접 관련되는데, 즉, DOUT이 MEMS(100)의 변위 또는 상태와 선형으로 관련된 커패시턴스 C180의 측정된 값을 식별한다. 커패시터(180)의 값은 반도체 패키지(104)의 핀(106b)에서 이용 가능해진 ADC(230)의 디지털 코드 DOUT으로부터의 커패시터(180)의 함수로서 노드(182)에서의 전압의 변화로부터 결정될 수 있다. 디지털 코드 DOUT은 커패시터(180)의 값을 식별한다. MEMS(100)의 변위, 위치, 상태, 또는 동작을 결정하기 위해 DOUT은 샘플링되거나 연속적으로 획득될 수 있다. 시그마-델타 루프는 DAC(234), 변조기(238), 및 DC 기준 전압 VREF3을 기초로 하여 ADC(230)로부터의 DOUT을 아날로그 신호 VBACK으로 변환하는 커패시터(240)를 포함하는 피드백 루프를 포함한다. 커패시터(180)의 측정은 전하 펌프(186)에 의해 가해지는 힘에 반응하는 MEMS(100)의 실제 변위, 위치, 상태, 또는 동작을 결정한다. 디지털 코드 DOUT을 제공하는 측정 회로(178)는 컴팩트한 회로 레이아웃에서 커패시터(180)의 측정의 분해능을 증가시킨다. 커패시터(180)의 측정을 기초로 하여, 전하 펌프(186)에 의해 부가되는 또 다른 힘의 적용에 의해 MEMS(100)가 조절될 수 있고 커패시터(180)의 값이 다시 측정된다. MEMS(100)의 의도된 변위, 위치, 또는 상태를 측정하기 위해 프로세스가 계속 반복된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예가 상세히 기재되었지만, 해당 분야의 통상의 기술자라면 이들 실시예의 수정 및 적용이 이하의 특허청구범위에서 규정되는 본 발명의 범위 내에 있음을 알 것이다.

Claims (25)

  1. 마이크로전자기계 시스템(MEMS)(microelectromechanical system)에 대한 측정 회로로서, 상기 측정 회로는
    MEMS의 상태를 측정하기 위한 감지 노드,
    적분기,
    감지 노드 및 상기 적분기의 입력 사이에 연결된 제1 커패시터,
    적분기의 출력으로 연결된 입력 및 MEMS의 상태를 나타내는 디지털 신호를 제공하는 출력을 포함하는 아날로그-디지털 변환기(ADC),
    ADC의 출력으로 연결된 입력을 포함하는 디지털-아날로그 변환기(DAC), 및
    DAC의 출력과 감지 노드 사이에 연결된 제2 커패시터
    를 포함하는, 측정 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 MEMS는 커패시턴스를 포함하고 ADC의 출력에서의 디지털 신호는 MEMS의 커패시턴스를 나타내는, 측정 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    기준 전압을 수신하기 위해 연결된 제1 입력 및 변조 신호를 수신하기 위해 연결된 제2 입력을 포함하는 변조기,
    제1 커패시터로 연결된 제1 입력, 복조 신호를 수신하기 위해 연결된 제2 입력, 및 적분기의 입력으로 연결된 출력을 포함하는 복조기, 및
    제1 변조기의 출력과 제2 변조기의 제1 입력 사이에 연결된 제3 커패시터
    를 더 포함하는, 측정 회로.
  4. 제1항에 있어서, DAC의 출력으로 연결된 제1 입력 및 변조 신호를 수신하기 위해 연결된 제2 입력을 포함하는 변조기를 더 포함하며, 상기 제2 커패시터는 상기 변조기의 출력과 감지 노드 사이에 연결되는, 측정 회로.
  5. 제1항에 있어서, 감지 노드로 연결된 전하 펌프를 더 포함하는, 측정 회로.
  6. 제1항에 있어서, 감지 노드로 연결된 반도체 패키지의 핀을 갖는 측정 회로를 포함하는 반도체 패키지를 더 포함하는, 측정 회로.
  7. 마이크로전자기계 시스템(MEMS)을 측정하는 방법으로서, 상기 방법은
    감지 노드에서 제1 전압 변동으로서 MEMS의 상태를 감지하는 단계,
    제1 신호로서 제1 전압 변동을 제1 커패시터를 통해 제2 노드로 전송하는 단계,
    제2 신호로서 제2 전압 변동을 제2 커패시터를 통해 제2 노드로 제공하는 단계,
    제1 신호와 제2 신호를 적분하여 적분된 신호를 제공하는 단계,
    상기 적분된 신호를 MEMS의 상태를 나타내는 디지털 신호로 변환하는 단계,
    상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계, 및
    제3 커패시터를 통해 상기 아날로그 신호를 감지 노드로 라우팅하는 단계
    를 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 MEMS는 커패시턴스를 포함하고 디지털 신호는 MEMS의 커패시턴스를 나타내는, MEMS를 측정하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    변조 신호를 이용해 기준 전압을 변조하여 제2 커패시터를 통해 제2 전압 변동을 생성하는 단계, 및
    적분 전에 제1 신호 및 제2 신호를 복조하는 단계
    를 더 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 변조 신호를 이용해 아날로그 신호를 변조하여 제3 커패시터로 전송하는 단계를 더 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    전하 펌프를 제공하는 단계, 및
    상기 전하 펌프로부터의 전압을 감지 노드로 인가하는 단계
    를 더 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
  12. 마이크로전자기계 시스템(MEMS)을 측정하기 위한 반도체 소자로서, 상기 반도체 소자는
    MEMS를 측정하기 위한 감지 노드,
    제1 적분기,
    감지 노드와 제1 적분기의 입력 사이에 연결된 제1 커패시터,
    제1 적분기의 출력 및 MEMS의 상태를 나타내는 디지털 신호를 제공하는 출력으로 연결된 입력을 포함하는 아날로그-디지털 변환기(ADC), 및
    ADC의 출력과 감지 노드 사이에 연결된 피드백 회로
    를 포함하는, 반도체 소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 MEMS는 커패시턴스를 포함하고 디지털 신호는 MEMS의 커패시턴스를 나타내는, 반도체 소자.
  14. 제12항에 있어서,
    기준 전압을 수신하도록 연결된 제1 입력 및 변조 신호를 수신하도록 연결된 제2 입력을 포함하는 변조기,
    제1 커패시터로 연결된 제1 입력, 복조 신호를 수신하도록 연결된 제2 입력, 및 적분기의 입력으로 연결된 출력을 포함하는 복조기, 및
    변조기의 출력과 복조기의 제1 입력 사이에 연결된 제2 커패시터
    를 더 포함하는, 반도체 소자.
  15. 제12항에 있어서, 피드백 회로는
    ADC의 출력으로 연결되는 입력을 포함하는 디지털-아날로그 변환기(DAC), 및
    DAC의 출력과 감지 노드 사이에 연결된 제2 커패시터
    를 포함하는, 반도체 소자.
  16. 제15항에 있어서, DAC의 출력으로 연결된 제1 입력 및 변조 신호를 수신하도록 연결된 제2 입력을 포함하는 변조기를 더 포함하고, 제2 커패시터는 변조기의 출력과 감지 노드 사이에 연결되는, 반도체 소자.
  17. 제12항에 있어서,
    제1 적분기의 출력으로 연결된 입력 및 ADC의 입력으로 연결된 출력을 포함하는 제2 적분기, 및
    감지 노드와 상기 제2 적분기의 입력 사이에 연결된 제2 커패시터
    를 더 포함하는, 반도체 소자.
  18. 제12항에 있어서, 상기 감지 노드로 연결되는 전하 펌프를 더 포함하는, 반도체 소자.
  19. 제12항에 있어서, 반도체 소자를 담는 반도체 패키지를 더 포함하며, 상기 반도체 패키지의 핀이 감지 노드로 연결된, 반도체 소자.
  20. 마이크로전자기계 시스템(MEMS)을 측정하는 방법으로서, 상기 방법은
    감지 노드에서 제1 전압 변동으로서 MEMS의 상태를 감지하는 단계,
    제1 신호로서 제1 전압 변동을 제1 커패시터를 통해 제2 노드로 전송하는 단계,
    제1 신호를 적분하여 적분된 신호를 제공하는 단계, 및
    상기 적분된 신호를 MEMS의 상태를 나타내는 디지털 신호로 변환하는 단계
    를 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 MEMS는 커패시턴스를 포함하고 상기 디지털 신호는 MEMS의 커패시턴스를 나타내는, MEMS를 측정하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    제2 신호로서 제2 전압 변동을 제2 커패시터를 통해 제2 노드로 제공하는 단계, 및
    상기 제 1 신호 및 제 2 신호를 적분하여 적분된 신호를 제공하는 단계
    를 더 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    변조 신호에 의해 기준 전압을 변조하여 제2 커패시터를 통해 제2 전압 변동을 생성하는 단계, 및
    적분 전에 제1 신호 및 제2 신호를 복조하는 단계
    를 더 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계, 및
    아날로그 신호를 제2 커패시터를 통해 감지 노드로 라우팅하는 단계
    를 더 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    변조 신호에 의해 아날로그 신호를 변조하여 제2 커패시터로 전송하는 단계를 더 포함하는, MEMS를 측정하는 방법.
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