TW201903360A - 用來校準電容性感測器介面之配置 - Google Patents

用來校準電容性感測器介面之配置 Download PDF

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Abstract

用來校準電容性感測器介面(1)之配置(2)包括具有電容(cmem、cmemsp、cmemsm)之電容性感測器(10)和具有可變化電容(cdum、cdump、cdumm)之電荷儲存電路(20)。測試電路(30)對電容性感測器(10)和電荷儲存電路(20)施加測試訊號(vtst)。放大器電路(40)具有與電容性感測器(10)耦接的第一輸入連接(E40a)和與電荷儲存電路(20)耦接的第二輸入連接(E40b)。放大器電路(40)提供取決於施加至第一輸入連接(E40a)的第一輸入訊號(△Verr1)和施加至第二輸入連接(E40b)的第二輸入訊號(△Verr2)之輸出訊號(Vout)。控制電路(60)係經組態以微調電荷儲存電路(20)之電容(cdum、cdump、cdumm)，致使輸出訊號的位準趨向零的位準。

Description

用來校準電容性感測器介面之配置
本發明涉及一種用於校準電容性感測器介質的配置，特別是一種MEMS麥克風/MEMS傳感器。本發明還涉及一種用於校準電容性感測器介面的方法。
作為高阻抗的電容性感測器，尤其是MEMS麥克風/MEMS傳感器受到諸如EMC(電磁兼容性)干擾之類的電源的電干擾的耦接，以及更為關注的自發干擾如開啟或重新組態。這會導致難以接受的音訊爆鳴(pop)、卡嗒聲(click)或嗡嗡聲(hum)。
電容性感測器可連接用於放大電容性感測器的輸出訊號之電容性感測器介面。電容性感測器介面可組態成單一輸出裝置，其導致0dB的干擾消除。為了使音訊爆鳴、卡嗒聲或嗡嗡聲之發生最小化，開啟或重新組態電容性感測器，例如MEMS麥克風時，可使用偽差分系統或真差分系統。
在差分系統中，除了第一(實際)電容性感測器(例如第一MEMS麥克風/MEMS傳感器)之外，還 使用第二(仿真)電容性感測器(例如第二MEMS麥克風/MEMS傳感器)。第二電容性感測器產生仿真訊號。電容性感測器介面的放大器電路將從第一電容性感測器接收的訊號與從第二電容性感測器接收的仿真訊號，以產生取決從第一電容性感測器接收的訊號和從第二電容性感測器接收的仿真訊號之間之比較之輸出訊號。
在偽差分系統中，除了使用第二電容性感測器之外，還提供晶片上電容器以及電容性感測器，例如MEMS麥克風/MEMS傳感器。與差分系統類似，放大器電路係用於比較從電容性感測器收到的訊號和晶片上電容器提供的仿真訊號。放大器電路取決於電容性感測器的訊號與晶片上電容器的仿真訊號的比較而產生輸出訊號。
當將電容性感測器介面組態為差分或偽差分系統時，在第一(實際)電容性感測器與第二(仿真)電容性感測器/晶片上電容器的電容匹配的情況下，可以減少或幾乎完全防止音訊爆音、咔嗒聲或嗡嗡聲的發生。
希望提供一個配置來校準電容性感測器介面，致使盡可能防止在操作電容性感測器(特別是在開啟或重新組態電容性感測器)時，音訊發生啪啪聲、咔嗒聲或嗡嗡聲。另一個期望是提供一種方法來校準電容性感測器介面，致使盡可能防止在操作電容性感測器(特別是在開啟或重新組態電容性感測器)時，音訊發生啪啪聲、咔嗒聲或嗡嗡聲。
在後文中將變得明顯的此目的和其他目標通過如申請專利範圍第1項中指明了用來校準電容性感測器介面的配置來實現。
用於校準電容性感測器的配置包括具有電容之電容性感測器和具有可變化電容的電荷儲存電路。該配置還包括測試電路以向電容性感測器和電荷儲存電路施加測試訊號。該配置包括放大器電路和輸出連接，該放大器電路具有與電容性感測器耦接之第一輸入連接和與電荷儲存電路耦接之第二輸入連接及輸出連接。放大器電路係經組態以取決於施加至放大器電路的第一輸入連接之第一輸入訊號和施加至放大器電路之第二輸入連接之第二輸入連結，在放大器電路的輸出連接處提供輸出訊號。配置包括偵測電路以偵測放大器電路之輸出訊號的位準和控制電路。控制電路係經配置以接收放大器電路之輸出訊號的偵測位準，並經組態以微調電荷儲存電路之電容，致使放大器電流之輸出訊號的位準趨向零位準。
申請專利範圍第13項指明了一種用於校準電容性感測器，致使在操作電容性感測器時，盡可能避免出現爆音、咔嗒聲或嗡嗡聲之具體實施例。
用於校準電容性感測器介面之方法包括提供一個配置來校準上述電容性感測器介面的第一步驟。產生測試訊號，並將其施加於電容性感測器和電荷儲存電路。放大器電路的輸出訊號的位準在放大器電路的輸出連接 處偵測。電荷儲存電路的電容經微調，致使放大器電路的輸出連接處的輸出訊號的位準趨向零位準。
電容性感測器可經組態為MEMS麥克風/MEMS傳感器。配置可經組態為(真)差分系統，其中，放大器電路與其第一輸入連接到電容性感測器，並與其第二輸入連接到額外的第二電容性感測器(例如，另一個MEMS麥克風/MEMS傳感器)。根據另一個具體例，配置可經組態為偽差分系統，其中，放大器電路與其第一輸入連接到電容性感測器，並且與其第二輸入連接到具有可變化電容之電容器。
為了測量電容性感測器的電容和電荷儲存電路的電容是否匹配，測試電路可以包括電壓源和配置在電壓源與電容性感測器和電荷儲存電路之間的電容器。電壓源可產生注入測試電路之電容器上的脈衝測試訊號。測試訊號將對差分/偽差分系統的輸入造成干擾，該差分/偽差分系統包括電容性感測器和電荷儲存電路。當電容性感測器的電容與電荷儲存電路的電容係經微調以匹配時，放大器電路的輸出連接處的輸出訊號趨於零，例如，趨於0V。
用於校準電容性感測器介面的配置提供晶片上自校準技術，用於匹配實際電容性感測器的差分輸入阻抗(例如第一MEMS麥克風/MEMS傳感器)，以及在真差分系統之情況下，額外(仿真)電容性感測器的電容(例如第二MEMS麥克風/MEMS傳感器)，以及在偽差 分系統的情況下，用於匹配電容性感測的輸出阻抗器和電容器的電容。在真差分系統的情況下，配置可改善兩個電容性感測器(例如兩個MEMS傳感器)的各別電容之間的匹配，或者在偽差分系統的情況下，匹配晶片上電容器的電容與實際電容性感測器(例如MEMS麥克風/MEMS傳感器)的電容進行比較。
由此產生經校準之差分/偽差分系統將改進典型的關鍵參數，例如PSRR(電源供應抑制比)，但也將MEMS麥克風的具體參數(諸如，對電荷泵噪聲和啟動瞬變的敏感性)以降低至少一個量級(共模拒斥，CMRR)而最小化。諸如電荷泵啟動、電荷泵噪聲和電源供應等外部干擾的敏感性將受到控制(差分系統的共模抑制)而減抑。
1‧‧‧電容性感測器介面
2‧‧‧用於校準電容性感測器介面之配置
10‧‧‧電容性感測器
11、12‧‧‧電容器
20‧‧‧電荷儲存電路
21、22‧‧‧可變化電容器
30‧‧‧測試電路
31‧‧‧測試訊號產生器
32‧‧‧電容器
33‧‧‧第一板
34‧‧‧第二板
35‧‧‧△Σ調變器
40‧‧‧放大器電路
50‧‧‧偵測電路
60‧‧‧控制電路
70‧‧‧二極體/二極體電路
80a、80b‧‧‧反並聯耦接二極體
90‧‧‧偏壓源
111‧‧‧上板
112‧‧‧底板
211‧‧‧上板
212‧‧‧底板
A40‧‧‧輸出連接
cbias‧‧‧電容器
cdum‧‧‧電容
E40a‧‧‧第一輸入連接
E40b‧‧‧第二輸入連接
Vbias+‧‧‧正偏壓
Vout‧‧‧輸出訊號
vtst‧‧‧測試訊號
Vref‧‧‧參考電位
△Verr1‧‧‧第一輸入訊號
△Verr2‧‧‧第二輸入訊號
第1圖顯示了具有單一輸入組態的電容性感測器介面的具體實施例。
第2圖顯示了具有差分輸入組態的電容性感測器介面的具體實施例。
第3圖顯示了用於校準經組態成偽差分系統之電容性感測器介面的配置之具體實施例。
第4圖顯示了用於校準組態成差分系統之電容性感測器的配置之具體實施例。
第5圖顯示了排列成陣列的可微調電容器的具體實施例。
第6圖顯示了用於實現相關之雙採樣方案的測試訊號採樣方法。
現在將在後文中參考顯示該配置的不同具體實施例的附圖更詳細地描述所提出的用於校準電容性感測器介面的配置。然而，用於校準電容性感測器介面的配置可以以許多不同的形式來體現，並且不應被解釋為受限於在此闡述的具體例；相反地，此等具體係經提供以便使本揭示內容完整傳達該配置的範疇。附圖不一定按比例繪製，而係經組態以清楚地闡釋該配置的設計。
第1圖顯示了設計成單一輸入組態的電容性感測器介面1的具體實施例。電容性感測器介面1包含具有電容cmem之電容性感測器10。電容性感測器10包括具有上板111和底板112的電容器。電容性感測器10可經組態為MEMS麥克風/MEMS傳感器。電容性感測器/電容器10的上板111連接至偏壓源90以提供偏壓，例如正偏壓Vbias+。偏壓源90可經組態為電荷泵。
偏壓源90經由二極體70連接至電容性感測器10，特別是電容性感測器/電容器10的上板111。電容器Cbias可視需要地連接到二極體70之陰極和地電位。電容性感測器/電容器10的底板112連接放大器電路40的第一輸入連接E40a。放大器電路40的第一輸入連接E40a經由第一對反並聯(anti-parallel)耦接二極體80a接地。放大器電路40的第二輸入連接E40b經由 第二對反並聯耦接二極體80b耦接到地。作為替代方案，輸入連接E40b可以連接參考電壓而不需互連二極體80a、80b，例如連接到地電位。二極體80a和80b可視需要地用任何非常高阻抗的電阻器代替，例如>>10GΩ。因此，可使用代表高阻抗之電阻器來取代反並聯二極體80a、80b或任何電路。
電容性感測器(例如MEMS麥克風/MEMS傳感器)遭受電干擾與放大器電路40的輸出A40的耦接。電干擾可能由外部來源(如EMC干擾)產生，或者來自自行產生之干擾(諸如，開啟MEMS麥克風/MEMS傳感器或重新組態MEMS麥克風/MEMS傳感器)。與放大器電路40的輸出連接A40耦接的電干擾引起無法接受的音訊啪嗒聲、咔嗒聲或嗡嗡聲。
如第1圖所示，電容器感測器介面1係經組態為單一輸入設備，可導致此干擾有0dB之抑制。電荷泵電壓的任何干擾。
△V導致在電容性感測器/電容器10的底板112處出現的誤差電壓△Verr，並且經由放大器電路40傳送到放大器電路40的輸出連接A40。第1圖所示的重新組態不提供任何共模電壓的抑制。
第2圖顯示了經組態為差分電容性感測器/MEMS麥克風介面的電容性感測器/MEMS麥克風介面1的具體實施例。電容性感測器介面1包括電容性感測器10，其包括具有電容cmem的電容器。電容性感測器10 可經組態為MEMS麥克風/MEMS傳感器。電容性感測器10與放大器電路40耦接。特別地，電容性感測器10的底板112與放大器電路40的輸入連接E40a耦接。
第2圖所示的電容性感測器介面1包括電荷儲存電路20，其包括具有可變化電容cdum的電容器。在(完全/真)差分系統的情況下，電荷儲存電路20可經組態為另一個/額外的電容性感測器，例如另一個MEMS麥克風/MEMS傳感器，或者在偽差分系統之情況下作為電容器。電荷儲存電路20連接放大器電路40的第二輸入連接E40b。特別地，電荷儲存電路/電容器20的底板222與放大器電路40的第二輸入連接E40b耦接。
電容性感測器10和電荷儲存電路20藉由偏壓源90而偏壓，偏壓源90經由二極體70提供電容性感測器10的各別上板111、221和電荷儲存電路20偏壓Vbias+。電容器Cbias可視需要地連接在二極體70的陰極和地電位之間。放大器電路40的第一輸入連接E40a經由第一對反並聯耦接二極體80a與參考電位Vref(例如，地電位)耦接。放大器電路40的第二輸入連接E40b經由第二對反並聯耦接二極體80b與參考電位Vref(例如，地電位)耦接。二極體80a和80b可視需要地用任何非常高阻抗的電阻代替，例如>>10GΩ。因此，可以使用代表高阻抗電阻的電阻器或任何電路代替反並聯二極體80a、80b。
若電容性感測器/電容器10的電容cmem 和電荷儲存電路/電容器20的電容cdum相匹配(亦即，相等)，則第2圖中所示的電容性感測器介面1提供了共模訊號之幾乎完美的排斥。如第2圖所示，將第1圖的單一輸入電容性感測器介面重新組態為真差分系統或偽差分系統，從而將由於偏壓上的電干擾而導致的第1圖中之系統中出現的音訊爆音、咔嗒聲或嗡嗡聲的影響降最小化。
然而，欲解決的問題是要達成電容性感測器/電容器10和電荷儲存電路/可變化電容器20的各別電容之間的準確差分匹配。當例如在偽差分系統中組件中之一者是電容公差通常至少為+/- 40%之外部MEMS傳感器，而另一者是晶片上電容器時，是特別重要的。
第3圖顯示了用於校準電容性感測器介面1的配置2的具體實施例。配置2包括電容性感測器10，其包括具有電容cmem的電容器11。配置2包括電荷儲存電路20，其至少一個具有可變化電容cdum之電容器21。該配置還包括測試電路30，以向電容性感測器10和電荷儲存電路20施加測試訊號vtst。
此外，配置2包括放大器電路40，其具有與電容性感測器10耦接的第一輸入連接E40a和與電荷儲存電路20耦接的第二輸入連接E40b。放大器電路40係經組態為，例如，當向電容性感測器10和電荷儲存電路20施加測試訊號vtst時，取決於向第一輸入連接E40a施加之第一輸入訊號△Verr1且取決於向第二輸入連接 E40b施加之第二輸入訊號△Verr2，在放大器電路的輸出連接A40處提供輸出訊號Vout。
根據用於校準電容性感測器介面1的配置2的具體實施例，該配置包括第一對反並聯耦接二極體80a和第二對反並聯耦接二極體80b。第一對反並聯耦接二極體80a係配置在放大器電路40的第一輸入連接E40a和參考電位Vref(例如，地電位)之間。第二對反並聯耦接二極體80b係配置在放大器電路40的第二輸入連接E40b和參考電位Vref(例如，地電位)之間。二極體80a和80b可視需要地用任何非常高阻抗的電阻器代替，例如>>10GΩ。因此，可以使用代表高阻抗電阻器的電阻器或任何電路代替反並聯二極體80a、80b。
配置2包括偏壓源90以使電容性感測器10偏向。偏壓源90可以產生正偏壓Vbias+。偏壓源90與電位連接並與電容性感測器10和電荷儲存電路20耦接，以使電容性感測器10和電荷儲存電路20偏向。配置2進一步包括二極體70。第一側(例如，二極體70的陽極)與偏壓源90耦接，而二極體70的第二側(例如，二極體70的陰極70)與電容性感測器10和電荷儲存電路20耦接。電容器Cbias可視需要地在二極體70的陰極和地電位之間連接。
配置2還包括偵測電路50以偵測輸出訊號Vout的位準。在配置2中提供控制電路60以接收輸出訊號Vout的偵測位準。控制電路60係用於微調電荷儲 存電路/電容器20的電容cdum，使得當測試電路30產生測試訊號vtst並對電容性感測器10和電荷儲存電路20施加測試訊號vtst時，在放大器電路40的輸出連接A40處的輸出電壓Vout的位準趨向零位準時。這意味著控制電路60改變電荷儲存電路/電容器20的電容cdum，致使輸出訊號的位準在約零位準的小範圍內。
測試電路30可包括測試訊號產生器31以產生測試訊號vtst。測試訊號產生器31可經組態成產生測試電壓訊號之電壓源。測試電路30還可以包括電容器32，其具有與測試訊號產生器31連接的第一板33和與電容性感測器10和電荷儲存電路20耦接的第二板34。測試電路30與電容性感測器10和電荷儲存電路20與偏壓源90所連接的的同一側耦接。測試電路30和偏壓源90均連接電容性感測器10的電容器11的上板111和電荷儲存電路20的電容器21的上板211。放大器電路40的第一輸入連接E40a與電容性感測器10的電容器11的底板112耦接。放大器電路40的第二輸入連接E40b與電荷儲存電路20的可變化電容器21的底板212連接。
若測試電路30產生的測試訊號是測試電壓，則控制電路改變電荷儲存電路/電容器20的電容，使得輸出訊號Vout的位準趨向0V。控制電路60可以改變電荷存儲/電容器20的電容cdum，使得放大器電路40的輸出電壓Vout的位準在小範圍內，例如在0V附近約 +/- 5mV的範圍內。
根據第3圖所示的配置2的具體實施例，電容性感測器10可經組態為MEMS麥克風/MEMS傳感器。第3圖所示的電容性感測器介面1為偽差分系統。電荷儲存電路20可包括具有可變化電容cdum的晶片上電容器21。晶片上電容器係配置在其上也配置測試電路30、放大器電路40、偵測電路50及控制電路60的晶片的相同基板上。第3圖所示用於校準電容性感測器介面1的配置2實現了偽差分校準，其中電容器21的電容cdum係晶調諧以匹配電容性感測器10(例如，MEMS麥克風/MEMS傳感器)的電容cmem。
第4圖顯示了用於校準電容性感測器介面1的配置2的另一個具體實施例。配置2包括可經組態成MEMS麥克風/MEMS傳感器的電容性感測器10。該配置進一步包括具有可變化電容cdump、cdumm之電荷儲存電路20。
配置2包括放大器電路40，其具有第一輸入連接E40a和第二輸入連接E40b以及輸出連接A40。放大器電路40係經設置成使第一輸入連接E40a與電容性感測器10耦接，並且使第二輸出連接E40b與電荷儲存電路20耦接。放大器電路40係經組態成在輸出連接A40處提供輸出訊號Vout。輸出訊號Vout係取決於向第一輸入連接E40a施加之第一輸入訊號△Verr1和向第二輸入連接E40b施加之第二輸入訊號△Verr2，而由放 大器電路40產生。
配置2還包括第一對反並聯耦接二極體80a，其位於放大器電路40的第一輸入連接E40a和參考電位Vref(例如，地電位)之間。此外，配置2包括第二對反並聯耦接二極體80b，其位於放大器電路40的第二輸入連接E40b和參考電位Vref(例如，地電位)之間。二極體80a和80b可視需要地用任何非常高阻抗的電阻器代替，例如>>10GΩ。因此，可以使用代表高阻抗電阻的電阻器或任何電路代替反並聯二極體80a、80b。
偏壓源90係經提供以使電容性感測器10偏向。偏壓源90與電容性感測器10耦接。偏壓源90也經配置為使電荷儲存電路20偏向，也因此與電荷儲存電路20耦接。配置2進一步包括二極體電路70，其以其第一側(例如，陽極)和偏壓源90耦接。二極體電路70的第二側(例如，陰極)可與電容性感測器10和電荷儲存電路20耦接。電容器Cbias可以可選地連接在二極體70的陰極和地電位之間。
根據第4圖所示的配置2的具體實施例，電容性感測器10組成為(真)差分感測器，例如差分MEMS麥克風/MEMS傳感器，包括第一電容器11和第二電容器12。電荷儲存電路20可經組態成另一個電容性感測器，例如另一個MEMMS麥克風/MEMS傳感器。如第4圖的差分系統所示，電荷儲存電路20可包括第一可變化電容器21和第二可變化電容器22。第一和第二可變 電容器可為第二MEMS麥克風/MEMS傳感器之部分。
放大器電路40的第一輸入連接E40a與電容性感測器10(例如，MEMS麥克風/MEMS傳感器)的第一和第二電容器11、12之間的第一節點IN1連接。放大器電路40的第二輸入E40b(例如，第二MEMS麥克風/MEMS傳感器)與電荷儲存電路20的第一可變化電容器21和第二可變化電容器22之間之第二節點IN2連接。
偏壓源90可以包括分別連接地電位的第一偏壓源91和第二偏壓源92。偏壓源91和92可經組態為電荷泵。第一偏壓源91係經組態以提供正偏壓Vbias+。第一偏壓源91與電容性感測器10的第一電容器11和電荷儲存電路20的第一可變化電容器21耦接。如第4圖所示，第一偏壓91經由二極體電路70的第一二極體71與電容性感測器10的第一電容器11和電荷儲存電路20的第一可變電容器21耦接。
第二偏壓源92係經組態為提供負偏壓vbias-。第二偏壓源92與電容性感測器10的第二電容器12和電荷儲存電路20的第二可變電容器22耦接。第二偏壓源92經由二極體電路70的第二二極體72與電容性感測器10的第一電容器11和電荷儲存電路20的第一可變電容器21耦接。
配置2包括測試電路30，以向電容性感測器10和電荷儲存電路20施加測試訊號vtst。測試電路 30包括測試訊號產生器31，以產生測試訊號vtst。該測試訊號產生器可經組態成產生測試電壓訊號之電壓源。如第4圖所示，測試電路30還包括具有第一板33和第二板34的電容器32。電容器32的第一板33與測試訊號產生器31連接。電容器32的第二板34與電容性感測器10和電荷儲存電路20耦接。
根據第4圖所示的配置2的具體實施例，測試電路30以及偏壓源91均與電容性感測器10的電容器11的上板11和電荷儲存電路20的可變化電容器21的上板211耦接。第二偏壓源92與的電容性感測器10的第二電容器12的下板122和電荷儲存電路20的第二可變化電容器22的下板222耦接。第一節點IN1與第一電容器11的下板112和電容性感測器10的第二電容器12的上板121連接。第二節點IN2與第一電容器21的底板212和電荷儲存電路20的第二可變化電容器22的上板221連接。
第3圖所示的電容性感測器10的電容cmem以及第4圖所示的差分電容性感測器10的電容cmemsm可以變化大約+/- 40%。第3圖的電荷儲存電路20的電容cdum或第4圖的電荷儲存電路20的電容cdump、cdumm的微調將達成平衡系統。
為了分別將電容cdum、電容cdump、cdumm調整到電容性感測器10的電容cmem和電容cdmemsp、cmemsm，由測試電路30產生測試訊號vtst， 並將其施用於電容性感測器10和電荷儲存電路20。測試訊號vtst可為方波訊號，其包括具有正邊和負邊的脈衝序列。在測試訊號為測試電壓訊號的情況下，若電容cdum或者cdump、電荷儲存電路20的電容cdumm及電容性感測器10的電容cmem或cmemsp、cmemsm不匹配，則放大器電路40產生的輸出電壓訊號Vout在0V附近具有高於正閾值的位準或在0V附近具有低於負閾值的位準。在這種情況下，當電容性感測器10(例如，MEMS麥克風/MEMS傳感器)處於開啟狀態或者偏壓vbias-、vbias+在EMC條件下受到干擾等時，電容性感測器介面1產生可聽見的噪聲，通常是音訊爆裂、咔嗒聲或嗡嗡聲。
若電容儲存電路20的電容cdum、cdump、cdumm分別和電容性感測器10的電容cmemsp、cmemsm、cdmem匹配，且若向電容性感測器10和電荷儲存電路20施加測試電壓訊號vtst，則放大器電路40產生趨向0V之輸出電壓。在適當的微調電荷儲存電路20的情況下，例如第3圖所示的可變化電容器21或第4圖所示的可變電容器21、22，當電容性感測器10是處於開啟的狀態時，放大器電路40的輸出電壓Vout趨向0V。在這種情況下，當電容性感測器(特別是MEMS麥克風/MEMS傳感器)處於開啟狀態時，聽不到任何可聽見的噪聲，例如爆音、咔嗒聲或嗡嗡聲。
為了分別調整電容cdum、cdump、 cdumm，當向電容性感測器10和電荷儲存電路20施加測試訊號vtst時，偵測電路50偵測輸出訊號Vout的位準。控制電路60接收輸出訊號Vout的偵測位準。控制電路60可經組態以產生控制訊號S，以分別微調電荷儲存電路20的可變化電容器的電容cdum、cdump、cdumpm，致使在放大器電路40的輸出連接A40處的電壓位準(例如，輸出訊號Vout的位準)趨向於零，例如，至0V。控制電路60可經組態，而可分別微調電荷儲存電路20的電容cdum、cdump、cdumm，致使輸出電壓Vout的位準保持在小範圍內，例如在±5mV的範圍內，在0V附近。
如第4圖所示，第3圖的偽差分配置已經擴展到真差分電容性感測器，例如具有不平衡電荷泵91和92的真差分MEMS麥克風/MEMS傳感器。差分系統將抑制電荷泵91和92之非相關啟動。
建議在啟動時進行校準。因此，測試訊號vtst應該與音訊訊號正交。對於類比系統，隨機測試訊號可能由PRSG(偽隨機序列產生器)產生，時鐘頻率為1MHz，包括12位元。這將導致244Hz的音調。由於頻譜功率較低，音調將聽不到。在數位系統中，可能有更佳的隨機序列產生器。測試電路30可以包括例如Σ△調變器31。Σ△調變器31可經組態為高階Σ△調變器。在這種情況下，測試訊號vtst可藉由使用Σ△調變器31產生的最低有效位元而產生。
用於校準電容性感測器介面1的方法能進行偽差分校準，其中第3圖所示的電荷儲存電路20的(晶片上)電容器21係經調諧以匹配電容性電容性能測器10的電容cmem，例如MEMS麥克風/MEMS傳感器的電容cmem。第4圖中所示的配置2能進行差分校準，其中第二電容性感測器(例如，第二MEMS麥克風/MEMS傳感器)的電容cdump和cdumm係經調諧以匹配電容性感測器10(例如，第一MEMS麥克風/MEMS傳感器)的電容cmemsp和cmemsm。
第5圖顯示了電荷儲存電路20經組態為包括可切換之電容器24a，…，24n之微調陣列23之具體實施例。可切換之電容器可經切換進/出以平衡匹配。為了提高解析度精確度，控制電路60可經組態以藉由使用數位高頻振動隨機地切換可切換之電容器24a，…，24n為開啟或關閉，而控制可切換之電容器24a，…，24n的陣列23。數位高頻振動的使用使得在各別電容器24a，…，24n之量化步驟之間，能夠使由電荷儲存電路20所提供的電容cdum、cdump、cdumm分別線性化。根據一個較佳的具體實施例，高頻振動係以測試訊號產生器31所使用的頻率fs進行以產生測試訊號vtst，使得高頻振動聽不到。
第6圖顯示了一種偵測輸出訊號Vout的位準之方法之具體實施例。該方法係經組態為一種採樣方法，其係採用相關雙採樣(CDS)方案以使校準精確度與放 大器偏移量等無關。輸出訊號Vout係在正好在向電容性感測器10和電荷儲存電路20施加測試訊號vtst之前，於標記樣本0的時間測量。接著，在向電容性感測器10和電荷儲存電路20施加測試訊號vtst之期間，在第二時間步驟樣本1採樣輸出訊號Vout。由於已知測試訊號vtst的傳輸時間，因此隨機測試訊號的採樣可能是相關的。結果，可以實現允許高阻抗匹配的高靈敏度相關/鎖相採樣。第6圖所示的相關採樣系統可以測量幾毫伏範圍內的干擾。

Claims (15)

  1. 一種校準電容性感測器介面之配置，包括：- 電容性感測器(10)，其具有電容(cmem、cmemsp、cmemsm)：- 電荷儲存電路(20)，其具有可變化電容(cdum、cdump、cdumm)；- 測試電路(30)，其對該電容性感測器(10)和該電荷儲存電路(20)施加測試訊號(vtst)；- 放大器電路(40)，其具有與該電容性感測器(10)耦接之第一輸入連接(E40a)及與該電荷儲存電路(20)耦接之第二輸入連接(E40b)及輸出連接(A40)，其中，該放大器電路(40)係經組態以取決於對該第一輸入連接(E40a)施加之第一輸入訊號(△Verr1)和對該第二輸入連接(E40b)施加之第二輸入訊號(△Verr2)，而在該放大器電路(40)之該輸出連接(A40)處提供輸出訊號(Vout)；- 偵測電路(50)，其偵測該輸出訊號(Vout)之位準，- 控制電路(60)，其接收該輸出訊號(Vout)之該偵測位準且微調該電荷儲存電路(20)之該電容(cdum、cdump、cdumm)，致使該輸出訊號(Vout)之該位準趨向零之位準。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之配置，其中，該測試電路(30)包括測試訊號產生器(31)以產生該測試訊號 (vtst)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之配置，其中，該測試訊號產生器(31)係經組態以產生作為脈波序列之該測試訊號(vtst)。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之配置，其中，該測試電路(30)包括電容器(32)，該電容器(32)具有連接至該測試電路(30)之該測試訊號產生器(31)之第一板(33)和與該電容性感測器(10)和該電荷儲存電路(20)耦接之第二板(34)。
  5. 如申請專利範圍第項1至4中任一項所述之配置，- 其中，該電容性感測器(10)係經組態為MEMS麥克風；- 其中，該電荷儲存電路(20)包括至少一個可變化電容器(21)。
  6. 如申請專利範圍第項1至5中任一項所述之配置，包括：用於使該電容性感測器(10)偏向之偏壓源(90)，其中，該偏壓源(90)與該電容性感測器(10)和該電荷儲存電路(20)耦接。
  7. 如中申請專利範圍第1至3項中任一項所述之配置，- 其中，該電容性感測器(10)係經組態成包括第一電容器(11)和第二電容器(12)之差分MEMS麥克風；- 其中，該電荷儲存電路(20)係經組態成包括第一可變化電容器(21)和第二可變化電容器(22)之另 一個MEMS麥克風。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之配置，- 其中，該放大器電路(40)之該第一輸入(E40a)連接至該電容性感測器(10)之該第一和該第二電容器(11、12)之間之該電容性感測器介面(1)之第一節點(IN1)；- 其中，該放大器電路(40)之該第二輸入(E40b)連接至該電荷儲存電路(20)之該第一和該第二可變化電容器(21、22)之間之該電容性感測器介面(1)之第二節點(IN2)。
  9. 如申請專利範圍第7或8項所述之配置，包括：- 第一偏壓源(91)，其係與該電容性感測器(10)之該第一電容器(11)和該電荷儲存電路(20)之該第一可變化電容器(21)耦接；- 第二偏壓源(92)，其係與該電容性感測器(10)之該第二電容器(12)和該電荷儲存電路(20)之該第二可變化電容器(22)耦接。
  10. 如申請專利範圍第4至9項中任一項所述之配置，其中，該測試訊號產生器(31)係經組態以產生與由該MEMS麥克風(10)接收之音訊訊號正交之該測試訊號(vtst)。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之配置，- 其中，該測試電路(30)之該測試訊號產生器(31)包括△Σ調變器(35)； - 其中，該測試電路(30)之該測試訊號產生器(31)係經組態以藉由使用由該△Σ調變器(35)產生之最低有效位元而產生該測試訊號(vtst)。
  12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項所述之配置，- 其中，該電荷儲存電路(20)包括可切換之電容器(24a，…，24n)之陣列(23)；- 其中，該控制電路(60)係經組態以藉由使用數位高頻振動開啟和關閉該可切換之電容器(24a，…，24n)，而控制該可切換之電容器(24a，…，24n)之該陣列(23)。
  13. 一種用於校準電容性感測器介面之方法，包括：- 提供配置(2)以校準如申請專利範圍第1至12項中任一項所述之電容性感測器介面(1)；- 產生該測試訊號(vtst)，並對該電容性感測器(10)和該電荷儲存電路(20)施加該測試訊號(vtst)；- 偵測該放大器電路(40)之該輸出連接(A40)處之該輸出訊號(Vout)之位準；- 微調該電荷儲存電路(20)之該電容(cdum、cdump、cdumm)，致使在該放大器電路(40)之該輸出連接(A40)之該輸出訊號(Vout)之該位準趨向零之位準。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，包括：產生與由該電容性感測器(10)接收之音訊訊號正交之該測試訊號(vtst)。
  15. 如申請專利範圍第13或14項所述之方法，包括：- 在對該電容性感測器(10)和該電荷儲存電路(20)施加該輸出訊號(Vout)之前，藉由採樣該輸出訊號(Vout)而偵測該輸出訊號(Vout)之第一位準(樣本0)；以及- 在對該電容性感測器(10)和該電荷儲存電路(20)施加該測試訊號(vtst)之期間，藉由採樣該輸出訊號(Vout)而偵測該輸出訊號(Vout)之第二位準(樣本1)。
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