TWI597477B - 具量測範圍選擇器的微機電裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種具量測範圍選擇器微機電裝置，且特別是有關於一種多重量測範圍的微機電裝置。
一般來說，習知技術的溫度感測器接收輻射熱後，使得其中的熱電元件受熱溫度升高，而對應產生電壓訊號。溫度感測器中的資料處理元件再依據此電壓訊號對應計算出目標物的溫度資料。然而，習知技術中的溫度感測器的解析度並無法滿足現今產業應用的需求。當目標物溫度具有多個溫度範圍時，若為了要進一步提高解析度，一般則是透過高位元之類比數位轉換器，才能將電壓訊號計算出高解析度之目標物溫度資料。然而，由於高位元之類比數位轉換器具有較高的成本，因此具有高解析度的溫度感測器成本也較高。
另一方面，在習知技術的溫度感測器中，其熱電元件在不同範圍的溫度區間具有不同的電壓特性，而此現象會造成溫度感測器在不同溫度區間的靈敏度不同，並進一步影響溫度感測器的準確度。
本發明提供一種具量測範圍選擇器的微機電裝置，其在不同範圍的溫度區間具有相同或相似的靈敏度，並具有較高的解析度。
本發明提供一種具量測範圍選擇器的微機電裝置，包括感測器以及積體電路晶片。感測器包括感測元件。積體電路晶片包括電壓範圍選擇器。感測元件用以偵測物理量而產生感測電壓。電壓範圍選擇器用以選擇一子電壓範圍。子電壓範圍具有下限值以及上限值。類比前端元件用以接收感測電壓而輸出第一電壓。控制元件用以將第一電壓調整為第二電壓。類比數位轉換元件用以接收第二電壓。類比數位轉換元件具有滿刻度電壓範圍。滿刻度電壓範圍具有下界值與上界值。第一電壓介於下限值與上限值之間。滿刻度電壓範圍對子電壓範圍的一比值定義為增益因子。第一電壓減去下限值的一差值定義為偏移因子。控制元件依據增益因子以及偏移因子將第一電壓調整為第二電壓。
在本發明的一實施例中，上述的第二電壓係以增益因子與偏移因子的乘積而得。
在本發明的一實施例中，上述的類比前端元件具有第一電壓範圍。第一電壓範圍包括子電壓範圍。
在本發明的一實施例中，上述的感測器另包括一偵測元件。偵測元件偵測物理量而產生電性訊號。電壓範圍選擇器依據電性訊號選擇子電壓範圍。
在本發明的一實施例中，上述的積體電路晶片另包含記憶體。記憶體儲存感測元件之第一電壓-溫度關係圖表及偵測元件之電性-溫度關係圖表。第一電壓-溫度關係圖表與電性-溫度關係圖表具有多個範圍相同的溫度區間。
在本發明的一實施例中，上述的電性訊號為電阻訊號且電性-溫度關係圖表為電阻-溫度關係圖表。
在本發明的一實施例中，上述的電壓範圍選擇器依據電性-溫度關係圖表選取電性訊號所對應的第一溫度區間。電壓範圍選擇器從第一電壓-溫度關係圖表中，選取與第一溫度區間有相同範圍的第二溫度區間。電壓範圍選擇器再從第一電壓-溫度關係圖表中，選取與第二溫度區間所對應的電壓範圍作為第一電壓所對應的子電壓範圍，其中該第一溫度區間的上端點值與該第二溫度區間的上端點值相同，且該第一溫度區間的下端點值與該第二溫度區間的下端點值相同。
在本發明的一實施例中，上述的物理量為溫度。
在本發明的一實施例中，上述的感測元件電性連接類比前端元件。偵測元件電性連接電壓範圍選擇器。
在本發明的一實施例中，上述的偵測元件為熱輻射吸收層。物理量為輻射熱。電性訊號為電阻訊號。
在本發明的一實施例中，上述的感測元件包括至少一熱電堆。
本發明提供一種具量測範圍選擇器的微機電裝置，包括感測器以及積體電路晶片。感測器包括偵測元件以及感測元件。積體電路晶片包括電壓範圍選擇器。偵測元件用以偵測物理量產生電性訊號。感測元件用以偵測此物理量而產生感測電壓。電壓範圍選擇器用以選擇一子電壓範圍。子電壓範圍具有下限值以及上限值。類比前端元件用以接收感測電壓而輸出第一電壓。控制元件用以將第一電壓調整為第二電壓。類比數位轉換元件用以接收第二電壓。類比數位轉換元件具有滿刻度電壓範圍。滿刻度電壓範圍具有下界值與上界值。偵測元件電性連接電壓範圍選擇器。感測元件電性連接類比前端元件。第一電壓介於下限值與上限值之間。滿刻度電壓範圍對子電壓範圍的一比值定義為增益因子。第一電壓減去下限值的一差值定義為偏移因子。控制元件依據增益因子以及偏移因子將第一電壓調整為第二電壓。
在本發明的一實施例中，上述的第二電壓係以增益因子與偏移因子的乘積而得。
在本發明的一實施例中，上述的偵測元件為熱輻射吸收層。物理量為輻射熱。電性訊號為電阻訊號。
在本發明的一實施例中，上述的感測元件包括至少一熱電堆。
本發明提供一種具量測範圍選擇器的微機電裝置，適用於感測不同範圍的溫度。微機電裝置包括感測器以及積體電路晶片。感測器包括偵測元件以及感測元件。積體電路晶片包括電壓範圍選擇器。偵測元件用以偵測物理量產生電性訊號。感測元件用以偵測此物理量而產生感測電壓。電壓範圍選擇器用以選擇一子電壓範圍。子電壓範圍具有下限值以及上限值。類比前端元件用以接收感測電壓而輸出第一電壓。控制元件用以將第一電壓調整為第二電壓。類比數位轉換元件用以接收第二電壓。類比數位轉換元件具有滿刻度電壓範圍。滿刻度電壓範圍具有下界值與上界值。偵測元件電性連接電壓範圍選擇器。感測元件電性連接類比前端元件。第一電壓介於下限值與上限值之間。滿刻度電壓範圍對子電壓範圍的一比值定義為增益因子。第一電壓減去下限值的一差值定義為偏移因子。控制元件依據增益因子以及偏移因子將第一電壓調整為第二電壓。第二電壓係以增益因子與偏移因子的乘積而得。
在本發明的一實施例中，上述的偵測元件為熱輻射吸收層。物理量為輻射熱。電性訊號為電阻訊號。
在本發明的一實施例中，上述的積體電路晶片另包含記憶體。記憶體儲存感測元件之第一電壓-溫度關係圖表及偵測元件之電性-溫度關係圖表。第一電壓-溫度關係圖表與電性-溫度關係圖表具有多個範圍相同的溫度區間。
在本發明的一實施例中，上述的電壓範圍選擇器依據電性-溫度關係圖表選取電阻訊號所對應的第一溫度區間。電壓範圍選擇器從第一電壓-溫度關係圖表中，選取與第一溫度區間有相同範圍的第二溫度區間。電壓範圍選擇器再從第一電壓-溫度關係圖表中，選取與第二溫度區間所對應的電壓範圍作為感測電壓所對應的子電壓範圍。
本發明提供一種具量測範圍選擇器的微機電裝置，適用於感測不同範圍的溫度。微機電裝置包括感測器以及積體電路晶片。感測器包括偵測元件、感測元件以及膜層。感測元件包括至少一熱電堆。感測元件用以檢測輻射熱而產生感測電壓。偵測元件包括輻射熱吸收層。輻射熱吸收層用以偵測輻射熱而產生電性訊號。輻射熱吸收層設置於膜層的表面。至少一熱電堆設置於膜層內。膜層的一部分設置於輻射熱吸收層與至少一熱電堆之間。偵測元件熱耦接至少一熱電。輻射熱吸收層電性連接積體電路晶片。
基於上述，在本發明實施例的具量測範圍選擇器的微機電裝置中，偵測元件與感測元件分別依據物理量產生電性訊號以及感測電壓。電壓範圍選擇器依據來自偵測元件的電性訊號選擇一子電壓範圍。積體電路晶片中的控制元件將此子電壓範圍調整成滿刻度電壓範圍，而第一電壓也隨之調整成第二電壓。是以，在本發明實施例的微機電裝置中，由於感測元件在不同範圍的溫度區間所對應具有的不同大小的電壓範圍可以調整至同樣的滿刻度電壓範圍，因此在不同範圍的溫度區間具有相同或相似的靈敏度。接著，積體電路晶片中的第二類比數位轉換元件再將此滿刻度電壓範圍依據其位元數再區分為多個不同的電壓範圍。如此一來，本發明實施例的微機電裝置可以在較小的子電壓範圍內依據第二電壓進一步決定出較小的溫度區間，因此其所量測溫度時的解析度較高。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在本案說明書全文（包括申請專利範圍）中所使用的「電性連接」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置電性連接至於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。
圖1A是依照本發明的一實施例的具量測範圍選擇器的微機電裝置的感測器的示意圖。圖1B是圖1A中的微機電裝置的示意圖。圖2是圖1A以及圖1B實施例中的偵測元件的電阻-溫度關係圖表。圖3是圖1B實施例中的感測元件的第一電壓-溫度關係圖表。圖4是圖1B實施例中的控制元件將圖3的子電壓範圍調整後的電壓-溫度關係圖表。圖5是圖1B實施例中的類比數位轉換元件將圖4的滿刻度電壓範圍中的不同被調整的子電壓範圍對應到不同數位碼的轉換關係圖表。
請參照圖1A以及圖1B，在本實施例中，具量測範圍選擇器的微機電裝置100（於以下的段落中簡稱微機電裝置）適用於感測不同範圍的溫度。微機電裝置100包括感測器110以及積體電路晶片120。感測器110電性連接於積體電路晶片120。
請參照圖1A，在本實施例中，感測器110 包括偵測元件112、感測元件114、基板116、導電路徑118以及膜層119。偵測元件112、感測元件114、導電路徑118以及膜層119設置於基板116的一側S。導電路徑118的材料例如是金屬材料，但不以此為限。偵測元件112設置於膜層119的一表面上。感測元件114設置於膜層119內。也就是說，感測元件114與偵測元件112被一部分的膜層119所隔開。
請參照圖1A以及圖1B，在本實施例中，偵測元件112用以偵測物理量而產生電性訊號S
D。電性訊號S
D例如是電阻訊號R
s，但不以此為限。物理量例如是輻射熱，但不以此為限。偵測元件112例如是熱輻射吸收層，但不以此為限。熱輻射吸收層的材料例如是鎳鉻合金(NiCr) 或氮化鈦(TiN)，但不以此為限。感測元件114用以感測此物理量而產生感測電壓V
S。感測元件114包括至少一熱電堆114a（未具體示出）。至少一熱電堆114a的材料例如是N型摻雜多晶矽/P型摻雜多晶矽(n-poly/p-poly Si)或銅/銅鎳合金(Cu/Cu-Ni)，但不以此為限。具體而言，在本實施例中，當偵測元件112接收來自外界的輻射熱時，並將所吸收之熱傳導至感測元件114。換言之，偵測元件112熱耦接於至少一熱電堆114a。至少一熱電堆114a彼此之間的接面因輻射熱而溫度升高，因而產生感測電壓V
S。
詳細來說，在本實施例中，膜層119的材料例如是氧化矽(silicon oxide;SiOx)，但不以此為限。基板116沿著膜層119的邊緣E設置，基板116的材料例如是矽(silicon；Si)，但不以此為限。由於上述的配置，大部分的輻射熱可以由偵測元件112透過至少部分膜層119傳遞至感測元件114，而較難以傳遞至基板116，換言之，偵測元件112熱耦接於至少一熱電堆114a。因此，本實施例的微機電裝置100可進一步地提升感測的準確度。
另一方面，在本實施例中，積體電路晶片120包括電壓範圍選擇器122、類比前端元件124（Analog Front End, AFE）、控制元件126、類比數位轉換元件128以及記憶體129。更詳細來說，積體電路晶片120更包括第一類比數位轉換元件121、第一校正元件123、第一處理元件125a、第二校正元件127以及第二處理元件125b。
大體來說，感測器110中的偵測元件112透過導電路徑118與積體電路晶片120中的電壓範圍選擇器122電性連接。由圖1A可看出導電路徑118於感測器110的邊緣處形成多個接點C（繪示一個為例），偵測元件112例如是透過這些接點C來與積體電路晶片120電性連接。感測器110中的感測元件114電性連接於類比前端元件124。電壓範圍選擇器122電性連接於控制元件126。控制元件126電性連接於類比數位轉換元件128。
詳細來說，第一類比數位轉換元件121電性連接於感測器110中的偵測元件112以及第一校正元件123。第一校正元件123電性連接至第一處理元件125a。第一處理元件125a電性連接至電壓範圍選擇器122。電壓範圍選擇器122電性連接至第二處理元件125b。控制元件126電性連接至類比前端元件124。類比數位轉換元件128電性連接至第二校正元件127。第二校正元件127電性連接至第二處理元件125b。
在本實施例中，第一校正元件123、第一處理元件125a、第二處理元件125b、控制元件126以及第二校正元件127可例如是內嵌單核心或多核心組成的中央處理單元（Central Processing Unit, CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor, DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits, ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device, PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，但不以此為限。並且，記憶體129例如是隨機存取記憶體（Random Access Memory, RAM）、唯讀記憶體（Read-Only Memory, ROM）或快閃記憶體（Flash Memory）等，但不以此為限。
詳細來說，在本實施例中，第一類比數位轉換元件121用以接收來自偵測元件112的電性訊號S
D（例如是電阻訊號R
S），並將電阻訊號R
S轉換成數位電阻訊號R
SD。第一校正元件123用以接收來自第一類比數位轉換元件121的數位電阻訊號R
SD，並依據標準黑體（未示出）來校正數位電阻訊號R
SD。第一處理元件125a用以接收來自第一校正元件123的校正後的數位電阻訊號R’
SD並將校正後的數位電阻訊號R’
SD轉換成溫度訊號T
S。電壓範圍選擇器122用以接收來自第一處理元件125a的溫度訊號Ts。
承上述，在本實施例中，感測器110具有規格電壓範圍（Specification Voltage Range）。規格電壓範圍係為感測器110之感測電壓Vs的最大電壓範圍。類比前端元件124接收感測電壓V
S後，將感測電壓V
S放大而輸出第一電壓V
S1。規格電壓範圍也因而被放大為第一電壓範圍。電壓範圍選擇器122用以選擇一子電壓範圍SUBV，且是在類比前端元件124所生成的第一電壓範圍內選擇一子電壓範圍SUBV。子電壓範圍SUBV具有下限值L
s1以及上限值L
s2。電壓範圍選擇器122依據來自偵測元件112的電性訊號S
D選擇子電壓範圍SUBV以使第一電壓V
S1介於子電壓範圍SUBV的下限值L
s1以及上限值L
s2之間。詳言之，電壓範圍選擇器122用以依據由電性訊號S
D轉換而得的溫度訊號T
S選擇子電壓範圍SUBV。於以下的段落中，會詳細地說明電壓範圍選擇器122如何選擇子電壓範圍SUBV。
請先參照圖2以及圖3，記憶體190儲存偵測元件112的電性-溫度關係圖表（具體是電阻-溫度關係圖表，但不以此為限）以及感測元件114的第一電壓-溫度關係圖表。偵測元件112的電阻-溫度關係圖表以及感測元件114的電壓-溫度關係圖表具有多個範圍相同的溫度區間。在本實施例中，偵測元件112的電阻-溫度關係圖表具有溫度區間T
0~T
1、T
1~T
2、T
2~T
3以及T
3~T
4。同樣地，感測元件114的第一電壓-溫度關係圖表也具有相同的溫度區間T
0~T
1、T
1~T
2、T
2~T
3以及T
3~T
4。更具體來說，在偵測元件112的電阻-溫度關係圖表中的各端點值T
0,T
1,T
2,T
3以及T
4分別與感測元件114的第一電壓-溫度關係圖表中的各端點值T
0,T
1,T
2,T
3以及T
4相同。
請參照圖2，在與偵測元件112相關的電阻-溫度關係圖表中，溫度區間T
0~T
1對應於電阻範圍R
0~R
1、溫度區間T
1~T
2對應於電阻範圍R
1~R
2、溫度區間T
2~T
3對應於電阻範圍R
2~R
3以及溫度區間T
3~T
4對應於電阻範圍R
3~R
4。請參照圖3，與感測元件114相關的第一電壓-溫度關係圖表中，溫度區間T
0~T
1對應於電壓範圍V
0~V
1、溫度區間T
1~T
2對應於電壓範圍V
1~V
2、溫度區間T
2~T
3對應於電壓範圍V
2~V
3以及溫度區間T
3~T
4對應於電壓範圍V
3~V
4。應注意的是，在圖2以及圖3中，偵測元件112相關的電阻-溫度關係圖表以及感測元件114相關的第一電壓-溫度關係圖表皆示例性地繪示四個溫度區間，在其他的實施例中，也可以是具有多於四個溫度區間或者是少於四個但多於二個的溫度區間，本發明並不以此為限。此外，當物體的溫度在不同的區間下被量測時，這些溫度區間的大小可以是不同的。
請再參照圖2，承上述，電壓範圍選擇器122依據偵測元件112相關的電阻-溫度關係圖表選取電性訊號S
D（例如是電阻訊號R
S）所對應的一第一溫度區間T
D1。於此處，偵測元件112所量測的電阻訊號R
S示例性地繪示成落在偵測元件112相關的電阻-溫度關係圖表中的電阻範圍R
2~R
3，由電性訊號S
D轉換而得的溫度訊號T
S則對應落在偵測元件112相關的電阻-溫度關係圖表中的溫度區間T
2~T
3（即第一溫度區間T
D1）。電壓範圍選擇器122選取對應於此電阻範圍R
2~R
3的溫度區間T
2~T
3。
請再參照圖3，接著，由於溫度訊號T
S落在溫度區間T
2~T
3，因此電壓範圍選擇器122再從感測元件114相關的第一電壓-溫度關係圖表中選取溫度區間T
2~T
3（即第二溫度區間T
D2）所對應的一電壓範圍V
2~V
3做為第一電壓V
S1所對應的子電壓範圍SUBV。需注意的是，上述第一溫度區間T
D1與第二溫度區間T
D2的範圍相同。也就是說，第一溫度區間T
D1的上端點值T3與第二溫度區間T
D2的上端點值T3相同，且第一溫度區間T
D1的下端點值T2與第二溫度區間T
D2的下端點值T2相同。電壓範圍V
2~V
3中的電壓值V
3例如是子電壓範圍中的上限值L
s2，而電壓值V
2例如是為子電壓範圍中的下限值L
s1。電壓範圍選擇器122依據來自偵測元件112的電性訊號S
D(R
S)選擇子電壓範圍SUBV，使得第一電壓V
S1介於子電壓範圍SUBV的下限值L
S1與上限值L
S2之間。如此一來，電壓範圍選擇器122即完成了在基於感測器110的規格電壓範圍所生成的第一電壓範圍中選擇子電壓範圍SUBV的步驟。
請再參照圖1B，在本實施例中，類比前端元件124可接收感測電壓V
S而輸出第一電壓V
S1。詳細來說，類比前端元件124接收感測電壓V
S後，將感測電壓V
S放大而輸出第一電壓V
S1。控制元件126用以將第一電壓V
S1調整為第二電壓V
S2。類比數位轉換元件128可接收第二電壓V
S2。於以下的段落中，會詳細地說明控制元件126如何將第一電壓V
S1調整為第二電壓V
S2。
請同時參照圖3以及圖4，在本實施例中，類比數位轉換元件128具有滿刻度電壓範圍（Full Scale Voltage Range）。滿刻度電壓範圍具有下界值V
f1以及上界值V
f2。滿刻度電壓範圍對電壓範圍選擇器122所選出的子電壓範圍SUBV的比值((V
f2-V
f1)/( L
S2-L
S1))定義為增益因子GF（Gain Factor）。第一電壓V
S1減去子電壓範圍SUBV的下限值L
S1的一差值（V
S1-L
S1）定義為偏移因子SF（Shift Factor）。控制元件126依據增益因子GF以及偏移因子SF將圖3中所示的子電壓範圍SUBV調整成如圖4中所示的滿刻度電壓範圍V
f1~V
f2。也就是說，控制元件126依據增益因子GF以及偏移因子SF將子電壓範圍SUBV中的第一電壓V
S1調整為第二電壓V
S2。在滿刻度電壓範圍中的第二電壓V
S2係以增益因子GF與偏移因子SF的乘積而得，如下方所述的方程式所示：
如此一來，控制元件126即完成了將第一電壓V
S1調整為第二電壓V
S2的步驟。在上述的方程式中，子電壓範圍SUBV例如是以V
3~V
2的電壓範圍為例，但不以此為限。
請參照圖5，在本實施例中，類比數位轉換元件128將滿刻度電壓範圍V
f2~V
f1並依據類比數位轉換元件128的位元數區分為多個不同的電壓範圍，每一個電壓範圍對應到特定的數位碼。在本實施例中，類比數位轉換元件128例如是具有低位元數（以3位元為示例說明）的類比數位轉換元件。
具體而言，類比數位轉換元件128將滿刻度電壓範圍V
f2~V
f1區分為8個不同的電壓範圍。這些電壓範圍例如是電壓範圍V
f1~ V
f11、電壓範圍V
f11~ V
f12、電壓範圍V
f12~ V
f13、電壓範圍V
f13~ V
f14、電壓範圍V
f14~ V
f15、電壓範圍V
f15~ V
f16、電壓範圍V
f16~ V
f17以及電壓範圍V
f17~ V
f2。每一個電壓範圍所具有的範圍大小相同（令為ΔV），如下方所述的方程式所示：
更具體而言，電壓範圍V
f1~ V
f11對應到數位碼000、電壓範圍V
f11~ V
f12對應到數位碼001、電壓範圍V
f12~ V
f13對應到數位碼010、電壓範圍V
f13~ V
f14對應到數位碼011、電壓範圍V
f14~ V
f15對應到數位碼100、電壓範圍V
f15~ V
f16對應到數位碼101、電壓範圍V
f16~ V
f17對應到數位碼110以及電壓範圍V
f17~ V
f2對應到數位碼111。在本實施例中，由於第二電壓V
S2示例性地繪示為落在電壓範圍V
f15~ V
f16內，因此類比數位轉換元件128將此電壓範圍V
f15~ V
f16轉換為數位碼101。應注意的是，當電壓範圍ΔV降低時，在整個溫度量測的過程中的解析度會增加。詳細來說，由於子電壓範圍SUBV小於第一電壓範圍。由子電壓範圍SUBV中計算而得的電壓範圍ΔV
S小於直接以第一電壓範圍中計算而得的電壓範圍ΔV
1。因此，本實施例的具有量測範圍選擇器的微機電裝置的解析度高於沒有量測範圍選擇器的微機電裝置。接著，第二校正元件127用以接收來自類比數位轉換元件128的數位碼DC，並依據標準黑體來校正數位碼DC。第二處理元件125b可接收來自第二校正元件127的校正後的數位碼DC’，並依據校正後的數位碼DC’轉換成溫度資訊T
F。此外，在本實施例中，更具有顯示器（未示出），第二處理元件125b可將溫度資訊傳遞至顯示器以使顯示器顯示出溫度資訊T
F。
綜上所述，在本發明實施例的具量測範圍選擇器的微機電裝置中，偵測元件與感測元件分別依據所量測的物理量產生電性訊號以及感測電壓。電壓範圍選擇器依據來自偵測元件的電性訊號在基於感測器所生成的第一電壓範圍中選擇一子電壓範圍，以使與感測元件相關的第一電壓介於此子電壓範圍的上限值與下限值之間。積體電路晶片中的控制元件將此子電壓範圍調整成滿刻度電壓範圍，而第一電壓也隨之調整成第二電壓。是以，本發明實施例的微機電裝置在不同的溫度範圍進行溫度量測時，感測元件所對應的大小不同的第一電壓範圍皆可以調整至同樣的滿刻度電壓範圍，因此本發明實施例的微機電裝置可在不同的溫度範圍進行溫度量測時，可具有相同或相似的靈敏度。
接著，積體電路晶片中的第二類比數位轉換元件再將此滿刻度電壓範圍依據其位元數再區分為多個不同的電壓範圍。如此一來，本發明實施例的微機電裝置可以在較小的子電壓範圍內依據第二電壓進一步決定出較小的溫度區間，因此其所量測溫度時的解析度較高。
由另一觀點來看，由於本發明實施例的微機電裝置可以在較小的子電壓範圍決定出較小的溫度區間，因此不需要使用高位元之類比數位轉換元件即可達到與習知技術的溫度感測器相同的解析度，本發明實施例的微機電裝置可以進一步地降低成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧微機電裝置
110‧‧‧感測器
112‧‧‧偵測元件
114‧‧‧感測元件
114a‧‧‧熱電堆
116‧‧‧基板
118‧‧‧導電路徑
119‧‧‧膜層
120‧‧‧積體電路晶片
121‧‧‧第一類比數位轉換元件
122‧‧‧電壓範圍選擇器
123‧‧‧第一校正元件
124‧‧‧類比前端元件
125a‧‧‧第一處理元件
125b‧‧‧第二處理元件
126‧‧‧控制元件
127‧‧‧第二校正元件
128‧‧‧類比數位轉換元件
129‧‧‧記憶體
DC‧‧‧數位碼
DC’‧‧‧校正後的數位碼
E‧‧‧邊緣
CR1、CR2‧‧‧中央處
L1‧‧‧長度
S‧‧‧基板的一側
LS1‧‧‧下限值
LS2‧‧‧上限值
T1‧‧‧厚度
TF‧‧‧溫度資訊
TS‧‧‧溫度訊號
TD‧‧‧第一溫度區間
VS‧‧‧感測電壓
VS1‧‧‧第一電壓
VS2‧‧‧第二電壓
Vf1‧‧‧下界值
Vf2‧‧‧上界值
SD‧‧‧電性訊號
RSD‧‧‧數位電阻訊號
R’SD‧‧‧校正後的數位電阻訊號
RS‧‧‧電阻訊號
110‧‧‧感測器
112‧‧‧偵測元件
114‧‧‧感測元件
114a‧‧‧熱電堆
116‧‧‧基板
118‧‧‧導電路徑
119‧‧‧膜層
120‧‧‧積體電路晶片
121‧‧‧第一類比數位轉換元件
122‧‧‧電壓範圍選擇器
123‧‧‧第一校正元件
124‧‧‧類比前端元件
125a‧‧‧第一處理元件
125b‧‧‧第二處理元件
126‧‧‧控制元件
127‧‧‧第二校正元件
128‧‧‧類比數位轉換元件
129‧‧‧記憶體
DC‧‧‧數位碼
DC’‧‧‧校正後的數位碼
E‧‧‧邊緣
CR1、CR2‧‧‧中央處
L1‧‧‧長度
S‧‧‧基板的一側
LS1‧‧‧下限值
LS2‧‧‧上限值
T1‧‧‧厚度
TF‧‧‧溫度資訊
TS‧‧‧溫度訊號
TD‧‧‧第一溫度區間
VS‧‧‧感測電壓
VS1‧‧‧第一電壓
VS2‧‧‧第二電壓
Vf1‧‧‧下界值
Vf2‧‧‧上界值
SD‧‧‧電性訊號
RSD‧‧‧數位電阻訊號
R’SD‧‧‧校正後的數位電阻訊號
RS‧‧‧電阻訊號
圖1A是依照本發明的一實施例的具量測範圍選擇器的微機電裝置的感測器的示意圖。 圖1B是圖1A中的微機電裝置的示意圖。 圖2是圖1A以及圖1B實施例中的偵測元件相關的電阻-溫度關係圖表。 圖3是圖1B實施例中的感測元件的第一電壓-溫度關係圖表。 圖4是圖1B實施例中的控制元件將圖3的第一電壓範圍調整後的第二電壓-溫度關係圖表。 圖5是圖1B實施例中的類比數位轉換元件將圖4的滿刻度電壓範圍中的不同被調整的子電壓範圍對應到不同數位碼的轉換關係圖表。
100‧‧‧微機電裝置
110‧‧‧感測器
112‧‧‧偵測元件
114‧‧‧感測元件
120‧‧‧積體電路晶片
121‧‧‧第一類比數位轉換元件
122‧‧‧電壓範圍選擇器
123‧‧‧第一校正元件
124‧‧‧類比前端元件
125a‧‧‧第一處理元件
125b‧‧‧第二處理元件
126‧‧‧控制元件
127‧‧‧第二校正元件
128‧‧‧類比數位轉換元件
129‧‧‧記憶體
DC‧‧‧數位碼
DC’‧‧‧校正後的數位碼
TF‧‧‧溫度資訊
TS‧‧‧溫度訊號
VS‧‧‧感測電壓
VS1‧‧‧第一電壓
VS2‧‧‧第二電壓
SD‧‧‧電性訊號
RS‧‧‧電阻訊號
RSD‧‧‧數位電阻訊號
R’SD‧‧‧校正後的數位電阻訊號
Claims (20)
- 一種微機電裝置，包括： 一感測器，包括： 一感測元件，用以偵測一物理量而產生一感測電壓； 一積體電路晶片，包括： 一電壓範圍選擇器，用以選擇一子電壓範圍，其中該子電壓範圍具有一下限值與一上限值； 一類比前端元件，用以接收該感測電壓而輸出一第一電壓； 一控制元件，用以將該第一電壓調整為一第二電壓；以及 一類比數位轉換元件，用以接收該第二電壓，其中該類比數位轉換元件具有一滿刻度電壓範圍，該滿刻度電壓範圍具有一下界值與一上界值； 其中，該第一電壓介於該下限值與該上限值之間，該滿刻度電壓範圍對該子電壓範圍的一比值定義為一增益因子，該第一電壓減去該下限值的一差值定義為一偏移因子，該控制元件依據該增益因子與該偏移因子將該第一電壓調整為該第二電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，其中該第二電壓係以該增益因子與該偏移因子的一乘積而得。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，其中該類比前端元件具有一第一電壓範圍，該第一電壓範圍包括該子電壓範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，其中該感測器另包括一偵測元件，該偵測元件偵測該物理量而產生一電性訊號，該電壓範圍選擇器依據該電性訊號而選擇該子電壓範圍。
- 如申請專利範圍第4項所述的微機電裝置，其中該積體電路晶片另包括一記憶體，該記憶體儲存該感測元件之一第一電壓-溫度關係圖表及該偵測元件之一電性-溫度關係圖表，該第一電壓-溫度關係圖表與該電性-溫度關係圖表具有多個範圍相同的溫度區間。
- 如申請專利範圍第5項所述的微機電裝置，其中該電性訊號為一電阻訊號且該電性-溫度關係圖表為一電阻-溫度關係圖表。
- 如申請專利範圍第5項所述的微機電裝置，其中該電壓範圍選擇器依據該電性-溫度關係圖表選取該電性訊號所對應的一第一溫度區間，該電壓範圍選擇器從該第一電壓-溫度關係圖表中，選取與該第一溫度區間有相同範圍的一第二溫度區間，該電壓範圍選擇器再從該第一電壓-溫度關係圖表中，選取與該第二溫度區間所對應的一電壓範圍作為該第一電壓所對應的該子電壓範圍，其中該第一溫度區間的上端點值與該第二溫度區間的上端點值相同，且該第一溫度區間的下端點值與該第二溫度區間的下端點值相同。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電裝置，其中該物理量為溫度。
- 如申請專利範圍第4項所述的微機電裝置，其中該感測元件電性連接該類比前端元件，該偵測元件電性連接該電壓範圍選擇器。
- 如申請專利範圍第9項所述的微機電裝置，其中該偵測元件為一熱輻射吸收層，該物理量為輻射熱，該電性訊號為一電阻訊號。
- 如申請專利範圍第10項所述的微機電裝置，其中該感測元件為至少一熱電堆。
- 一種微機電裝置，包括: 一感測器，包括： 一偵測元件，用以偵測一物理量而產生一電性訊號； 一感測元件，用以偵測該物理量而產生一感測電壓； 一積體電路晶片，包括： 一電壓範圍選擇器，用以依據該電性訊號而選擇一子電壓範圍，其中該子電壓範圍具有一下限值與一上限值； 一類比前端元件，用以接收該感測電壓而輸出一第一電壓； 一控制元件，用以將該第一電壓調整為一第二電壓；以及 一類比數位轉換元件，用以接收該第二電壓，其中該類比數位轉換元件具有一滿刻度電壓範圍，該滿刻度電壓範圍具有一下界值與一上界值； 其中，該偵測元件電性連接該電壓範圍選擇器，該感測元件電性連接該類比前端元件，該第一電壓介於該下限值與該上限值之間，該滿刻度電壓範圍對該子電壓範圍的一比值定義為一增益因子，該第一電壓減去該下限值的一差值定義為一偏移因子，該控制元件依據該增益因子與該偏移因子將該第一電壓調整為該第二電壓。
- 如申請專利範圍第12項所述的微機電裝置，其中該第二電壓係以該增益因子與該偏移因子的一乘積而得。
- 如申請專利範圍第12項所述的微機電裝置，其中該偵測元件為一熱輻射吸收層，該物理量為輻射熱，該電性訊號為一電阻訊號。
- 如申請專利範圍第12項所述的微機電裝置，其中該感測元件為至少一熱電堆。
- 一種微機電裝置，適用於感測不同範圍的溫度，包括: 一感測器，包括： 一偵測元件，用以偵測一物理量而產生一電性訊號； 一感測元件，用以偵測該物理量而產生一感測電壓； 一積體電路晶片，包括： 一電壓範圍選擇器，用以依據該電性訊號而選擇一子電壓範圍，其中該子電壓範圍具有一下限值與一上限值； 一類比前端元件，用以接收該感測電壓而輸出一第一電壓； 一控制元件，用以將該第一電壓調整為一第二電壓；以及 一類比數位轉換元件，用以接收該第二電壓，其中該類比數位轉換元件具有一滿刻度電壓範圍，該滿刻度電壓範圍具有一下界值與一上界值， 其中，該感測元件電性連接該類比前端元件，該偵測元件電性連接該電壓範圍選擇器，該電壓範圍選擇器依據該電性訊號選擇該子電壓範圍，使得該第一電壓介於該下限值與該上限值之間，該滿刻度電壓範圍對該子電壓範圍的一比值定義為一增益因子，該第一電壓減去該下限值的一差值定義為一偏移因子，該控制元件依據該增益因子與該偏移因子將該第一電壓調整為該第二電壓，該第二電壓係以該增益因子與該偏移因子的一乘積而得。
- 如申請專利範圍第16項所述的微機電裝置，其中該物理量為輻射熱，該偵測元件為一熱輻射吸收層，該電性訊號(S D)為一電阻訊號，該感測元件為至少一熱電堆。
- 如申請專利範圍第16項所述的微機電裝置，其中該積體電路晶片另包括一記憶體，該記憶體儲存該感測元件之一第一電壓-溫度關係圖表及該偵測元件之一電性-溫度關係圖表，該第一電壓-溫度關係圖表與該電性-溫度關係圖表具有多個範圍相同的溫度區間。
- 如申請專利範圍第17項所述的微機電裝置，其中該電壓範圍選擇器依據該電性-溫度關係圖表選取該電性訊號所對應的一第一溫度區間，該電壓範圍選擇器從該第一電壓-溫度關係圖表中，選取與該第一溫度區間有相同範圍的一第二溫度區間，該電壓範圍選擇器再從該第一電壓-溫度關係圖表中，選取與該第二溫度區間所對應的一電壓範圍作為該第一電壓所對應的該子電壓範圍。
- 一種微機電裝置，適用於感測不同範圍的溫度，包括： 一感測器，包括： 一感測元件，包括至少一熱電堆，其中該感測元件用以偵測輻射熱而產生感測電壓； 一偵測元件，包括一輻射熱吸收層，其中該輻射熱吸收層用以偵測輻射熱而產生一電性訊號；以及 一膜層；以及 一積體電路晶片； 其中，該輻射熱吸收層設置於該膜層的一表面，該至少一熱電堆設置於該膜層內，該膜層的一部分設置於該輻射熱吸收層與該至少一熱電堆之間，該偵測元件熱耦接該至少一熱電堆，該輻射熱吸收層電性連接該積體電路晶片。
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|---|---|---|---|
| TW105143756A TWI597477B (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 具量測範圍選擇器的微機電裝置 |
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| TW105143756A TWI597477B (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 具量測範圍選擇器的微機電裝置 |
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Family
ID=60719520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW105143756A TWI597477B (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 具量測範圍選擇器的微機電裝置 |
Country Status (2)
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|---|---|---|---|---|
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