TWI652896B - 微機電系統感測器 - Google Patents

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馬克 尼德爾畢葛爾
柯林 史特爾
瑞芮 貝拉特曼恩
湯瑪士 克里斯
盧卡司 佩克歐德
德都恩 法安
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Abstract

一種微機電系統感測器(1)，包括連結至微機電系統介面電路(20)之微機電系統傳感器(10)。該微機電系統介面電路(20)包括偏置電壓產生器(100)、差分放大器(200)、電容器(300)及回授控制電路(400)。該偏置電壓產生器(100)產生用於操作該微機電系統傳感器之偏置電壓(Vbias)。該可變電容器(300)是連接至該差分放大器(200)之輸入節點(I200a)的其中一者。該差分放大器之輸出節點(A200a、A200b)的至少一者是連接至該偏置電壓產生器(100)之輸出濾波器(110)之基極端子(T110)。來自該偏置電壓產生器(100)之任何擾動訊號相等地分隔在該差分放大器(200)之該輸入節點(I200a、I200b)上之共模訊號並且因此受到抑制。

Description

微機電系統感測器
本發明揭露微機電系統(MEMS,Micro Electro Mechanical System)感測器，該感測器包括具有可變電容器之微機電系統傳感器及經由連結至該微機電系統傳感器而用於放大該微機電系統傳感器之輸出訊號之微機電系統介面電路。
微機電系統感測器通常經提供為包括微機電系統傳感器及微機電系統介面電路之晶片。該微機電系統傳感器可以經配置為微機電系統麥克風，其中該微機電系統麥克風之可變電容器依據撞擊在該麥克風上之聲壓而改變本身的電容。該微機電系統傳感器是藉由該微機電系統介面電路所提供之偏置電壓而產生偏壓。該微機電系統介面電路包括放大器，以放大由該微機電系統傳感器所提供之輸入訊號及產生放大的輸出訊號。
該微機電系統傳感器通常經配置為連結至該微機電系統介面電路之前端放大器之單端裝置。因為這種架構之單端特質，該電源抑制比(PSRR,power supply rejection ratio)與噪音以及來自該微機電系統介面電路的 端子(該偏置電壓是在該端子處施加至該微機電系統傳感器)之該電磁兼容性(electromagnetic compatibility)干擾之抑制是相當差的。這意味著接收來自該微機電系統傳感器之輸入訊號之該微機電系統介面電路之該前端放大器不能真正地區分例如由噪音及干擾所造成之共模訊號及實際想要的訊號，諸如微機電系統麥克風之音頻訊號。
故具有能提供包括微機電系統傳感器及微機電系統感測器之微機電系統感測器之需求，其中諸如由噪音及干擾所造成之共模訊號的擾動訊號之該放大將可以儘可能地避免。
一種微機電系統感測器之實施例，其中因為來自該偏置電壓之任何擾動及噪音所發生在微機電系統介面電路之輸入端處之共模訊號之該放大而受到抑制將詳述於申請專利範圍第1項中。
該微機電系統感測器包括微機電系統(MEMS)傳感器及微機電系統(MEMS)介面電路。該微機電系統介面電路具有第一輸入端子、第二輸入端子及至少一個輸出端子，該第一輸入端子提供用於該微機電系統傳感器之偏置電壓及接收第一輸入訊號，該第二輸入端子接收來自該微機電系統傳感器之第二輸入訊號，該至少一個輸出端子提供輸出訊號。該輸出訊號是該輸入訊號之任何表示，例如該輸入訊號之放大。該微機電系統傳感器是連結至該微機電系統介面電路之該第一及該第二輸入端。
該微機電系統介面電路包括偏置電壓產生器、差分放大器、電容器及回授控制電路。該電容器可以經配置為具有可變電容之可變電容器。該偏置電壓產生器具有輸出節點，以提供該偏置電壓，該輸出節點是連接至該微機電系統介面電路之該第一輸入端子。
該差分放大器具有第一輸入節點及第二輸入節點，該第一輸入節點是經由該電容器連接至該第一輸入端子，該第二輸入節點是連接至該微機電系統介面電路之該第二輸入端子。該差分放大器具有至少一個輸出節點，以提供輸出訊號，該至少一個輸出節點是連接至該微機電系統介面電路之該至少一個輸出。該差分放大器經配置以在該差分放大器之該至少一個輸出節點處提供該輸出訊號。
該偏置電壓產生器包括輸出濾波器。該差分放大器之該至少一個輸出節點經由該迴授控制電路連接至該偏置電壓產生器之該輸出濾波器之基極端子。該回授控制電路經配置以在該偏置電壓產生器之該輸出濾波器之該基極端子處提供回授訊號，以便在該輸出濾波器之該基極端子處之該電壓電位與在該偏置電壓產生器之該輸出節點處之該電壓電位以相同的方式改變。
該微機電系統傳感器是經由配置為單端裝置，例如配置為單端微機電系統麥克風。該微機電系統介面電路以差分的方式電性接合該單端傳感器。該微機電系統介面電路之該可變電容器是作為該微機電系統傳感器之 該可變電容器之複製的一種複製電容器。意即該微機電系統介面電路之該電容器之電容是(近乎)相同於該微機電系統傳感器之該可變電容器之電容。該微機電系統傳感器之該可變電容器是連接至該差分放大器之該第一輸入節點，例如負的輸入節點。意即差分訊號是藉由反饋該差分放大器之該輸出訊號經由該偏置電壓產生器而建立在該差分放大器之該輸入端，例如電荷泵直流偏置。
1‧‧‧微機電系統感測器
10‧‧‧微機電系統傳感器
11‧‧‧可變電容器
20‧‧‧微機電系統介面電路
100‧‧‧偏置電壓產生器/電荷泵
101、102‧‧‧級
110‧‧‧輸出濾波器
111‧‧‧電容器
112‧‧‧電阻器
200‧‧‧差分放大器
300‧‧‧可變電容器
400‧‧‧回授控制電路
410‧‧‧訊號加法器
411‧‧‧放大器
420‧‧‧緩衝電路
430‧‧‧差分至單端放大器
A20‧‧‧輸出端
A20a、A20b‧‧‧輸出端子
A100‧‧‧輸出節點
A200a、A200b‧‧‧輸出節點
A410‧‧‧輸出節點
A420‧‧‧輸出節點
A430‧‧‧輸出節點
I20a‧‧‧第一輸入端子
I20b‧‧‧第二輸入端子
I200a‧‧‧第一輸入節點
I200b‧‧‧第二輸入節點
I410a‧‧‧第一輸入節點
I410b‧‧‧第二輸入節點
I420‧‧‧輸入節點
I430a‧‧‧第一輸入節點
I430b‧‧‧第二輸入節點
T110‧‧‧基極端子
第1圖顯示包括微機電系統傳感器及微機電系統介面電路於單端配置中之微機電系統感測器方塊圖。
第2圖顯示包括以差分的方式電性接合單端微機電系統傳感器之微機電系統介面電路之微機電系統感測器之實施例之通用方塊圖。
第3圖說明發生擾動共模訊號位在該微機電系統傳感器處以施加偏置電壓。
第4圖顯示包括微機電系統傳感器及具有回授控制電路之微機電系統介面電路之微機電系統感測器之第一實施例，其中該回授資訊是由該微機電系統介面電路之差分放大器之共模輸出訊號所獲得。
第5圖顯示包括微機電系統介面電路之微機電系統感測器之第二實施例，其中回授訊號是由該微機電系統介面電路之差分放大器之輸出訊號所獲得。
第6圖顯示包括微機電系統介面電路之微 機電系統感測器之第三實施例，其中差分輸出訊號是由該微機電系統介面電路之回授控制電路所反饋。
第7圖顯示包括具有該微機電系統介面電路之回授控制電路之放大器的增益調整之微機電系統介面電路之微機電系統感測器之第四實施例。
第8圖說明依據移動/引導具有該回授路徑的回授訊號之該整個電荷泵/電壓產生器之微機電系統感測器之實施例之通用方塊圖。
本發明所提出的微機電系統感測器現在以下將參考顯示該微機電系統感測器之不同的實施例之附加的圖示做更詳細的描述。然而，該微機電系統感測器可以以很多不同的形式而實施並且不應該解讀為限定於在此所提出之實施例；反而，這些實施例是經提供以便該揭露將完全地表達該微機電系統感測器之該範疇給熟習該項技藝之人士。
第1圖顯示包括微機電系統傳感器10及微機電系統介面電路20之微機電感測器1。該微機電系統傳感器10及該微機電系統介面電路20可以容納於該微機電系統感測器1之共同的殼體中。該微機電系統傳感器10可以經配置為微機電系統麥克風。該微機電系統介面電路20包括偏置電壓產生器100，以在該微機電系統介面電路20之輸入端子I20a處提供偏置電壓Vbias。該偏置電壓產生器100可以經配置為具有輸出濾波器之電荷泵。該微機 電系統介面電路20更包括輸入端子I20b，以施加該微機電系統傳感器10之輸入訊號Vin至該微機電系統介面電路20。該微機電系統介面電路20所接收來自該微機電系統傳感器10之該輸入訊號Vin是藉由前端電荷放大器200所放大，該前端電荷放大器200在該微機電系統介面電路20之輸出端子A20處產生放大輸出訊號。該微機電系統介面電路20可以不論是具有類比輸出或者數位輸出，意即，該前端電荷放大器200為驅動類比至數位轉換器。
該微機電系統傳感器10可以建模為具有可變電容△C(t)之可變電容器11，該可變電容△C(t)依據撞擊於該可變電容器11之薄膜上的聲壓而改變本身的電容。為了在該微機電系統介面電路20之該輸入端子處產生該輸入訊號Vin，該微機電系統傳感器10是以由該微機電系統介面電路20之該偏置電壓產生器100所產生之該直流偏置電壓Vbias加以偏壓。因為該前端放大器輸入阻抗是大的，因此任何在該可變電容器11上之電荷是受到保留的(Qconst)並且該輸入電壓Vin如同下文該方程式所解釋為隨著該音壓而線性改變。
因為顯示於第1圖中之該微機電系統感測器1之該單端特質，該電源抑制比與來自該輸入端子I20a之噪音及電磁兼容性(EMC)干擾之該抑制以施加至該偏置電壓Vbias是低的。尤其，該前端放大器200無法區分共 模訊號(例如噪音及干擾之)與該微機電系統傳感器10之該實際想要的訊號(諸如施加至該微機電系統介面電路之該輸入端子I20b之微機電系統麥克風之音頻訊號)。再者，來自該輸入節點I20a以施加該偏置電壓Vbias之任何擾動及噪音直接連接至該微機電系統介面電路之該輸入端子I20b並且因此在該前端放大器200之該輸入端上。
第2圖顯示包括微機電系統傳感器10及微機電系統介面電路20之微機電系統感測器1之實施例之通用方塊圖。該微機電介面電路20以差分的方式電性接合該單端微機電系統傳感器10。
該微機電系統介面電路20具有輸入端子I20a以提供用於該微機電系統傳感器10之該偏置電壓Vbias並接收來自該微機電系統傳感器10之第一輸入訊號Vinm。該微機電系統介面電路20更包括輸入端子I20b以接收來自該微機電系統傳感器10之第二輸入訊號Vinp。該微機電系統傳感器10是連結至該微機電系統介面電路20之該第一及該第二輸入端子I20a、I20b。該微機電系統介面電路20更包括至少一個輸出端子A20a、A20b以提供輸出訊號Voutm及/或Voutp，其中該輸出訊號為該輸入訊號的表示，例如表示該輸入訊號之差異之放大訊號。該微機電系統介面電路可以包括第一及第二輸出端子A20a、A20b以提供差分輸出訊號。
該微機電系統介面電路20包括偏置電壓產生器100、差分放大器200、電容器300及回授控制電路 400。顯示於第2圖之實施例中及第3至8圖之實施例中之該電容器300可以經配置為具有可變電容之可變電容器。該偏置電壓產生器100具有輸出節點A100以提供該偏置電壓Vbias。該輸出節點A100是連接至該微機電系統介面電路20之該第一輸入端子I20a。該偏置電壓產生器100可以包括至少一個級101、102，該級101、102是經由該偏置電壓產生器100之輸出濾波器110而連結至該輸出端子A100。該輸出濾波器110可以包括濾波電容器111及電阻器112。
該差分放大器200具有第一輸入節點I200a及第二輸入節點I200b。該第一輸入節點I200a是經由該可變電容器300連接至該微機電系統介面電路20之該第一輸入端子I20a。該差分放大器200之該第二輸入節點I200b是連接至該微機電系統介面電路20之該第二輸入端子I20b。該差分放大器200具有至少一個輸出節點A200a、A200b以提供輸出訊號。該至少一個輸出節點A200a、A200b可以連接至該微機電系統介面電路20之該至少一個輸出端子A20a、A20b。
依據顯示於第2圖中之可能的實施例，該差分放大器200具有第一輸出節點A200a以提供第一輸出訊號Voutm及第二輸出節點A200b以提供第二輸出訊號Voutp。該差分放大器之該第一輸出節點A200a是連接至該微機電系統介面電路20之第一輸出端子A20a，並且該差分放大器之該第二輸出節點A200b是連接至該微機電系 統介面電路20之第二輸出端子A20b。該第一及該第二輸出訊號Voutm及Voutp表示不同的輸出訊號。
依據該微機電系統感測器1之實施例，該差分放大器200之該第一及該第二輸入節點I200a、I200b的其中一者為非反相輸入節點，並且該差分放大器200之該第一及該第二輸入節點I200a、I200b的另外一者為反相輸入節點。依據顯示於第2圖中之該微機電系統感測器1之該實施例，該差分放大器200之該第一輸入節點I200a為反相輸入節點，並且該差分放大器200之該第二輸入節點I200b為非反相輸入節點。
該差分放大器200可以經配置為具有單端輸出節點之單端輸出放大器或配置為具有數位輸出節點之放大器。依據顯示於第2圖中之另一個實施例，該差分放大器200之該第一及該第二輸出節點A200a、A200b的其中一者為反相輸出節點並且提供反相訊號。該差分放大器200之該第一及該第二輸出節點A200a、A200b的另外一者為非反相輸出節點並且提供非反相訊號。依據顯示於第2圖中之該微機電系統感測器1之該實施例，該差分放大器200之該第一輸出節點A200a為反相節點並且產生該反相的輸出訊號Voutm。該第二輸出節點A200b為非反相節點並且產生該非反相的訊號Voutp。
該差分放大器200之該至少一個輸出節點是連接至該輸出濾波器之基極端子T110。依據顯示於第2圖中之該實施例，該差分放大器200之該第一及該第二輸 出節點A200a、A200b的至少一者是經由該回授控制電路400連接至該偏置電壓產生器100之該輸出濾波器110之該基極端子T110。第2圖顯示一個實施例，其中該輸出節點A200a及A200b兩者皆經由該回授控制電路400連接至該基極端子T110。依據未顯示於第2圖中之另一個實施例該第一及第二輸出節點A200a及A200b的僅其中一者為經由該回授控制電路400連接至該輸出濾波器110之該基極端子T110。
該回授控制電路400是經由配置以在該輸出濾波器110之該基極端子T110處提供回授訊號FS，以便在該輸出濾波器110之該基極端子T110處之該電壓電位與在該偏置電壓產生器100之該輸出節點A100處之該電壓電位以相同的方式改變。該回授控制電路可以是在末端具有數位類比至轉換器加上緩衝器(若該放大器是連接至類比至數位轉換器)之數位訊號路徑。訊號增益及濾波可以在數位領域中完成(更適合在必須適應的情況下)。
依據該微機電系統感測器1之實施例，該回授控制電路400是經由配置以在該偏置電壓產生器110之該輸出濾波器100該基極端子T110處提供該回授訊號FS，以便在該輸出濾波器110之該基極端子T110處之該電壓電位等於或至少在該偏置電壓產生器100之該輸出節點A100處之該電壓電位之範圍內。
依據該微機電系統感測器1之實施例，當沒有聲學訊號施加至該微機電系統傳感器10時，該電容器 300的電容可加以調整，使得該可變電容器300之電容是等於或至少在該微機電系統介面電路20之該第一輸入端子I20a及該第二輸入端子I20b之間所測量之該微機電系統傳感器10之該可變電容器11之電容之範圍內。
依據第2圖之該微機電系統感測器1之該原理，該至少一個輸出訊號(例如該第一及該第二輸出訊號Voutm、Voutp)是經由該回授控制電路400而反饋，以便該回授控制電路400消除來自該微機電系統傳感器之一半的該訊號。此外，該在晶片上可變電容器300將加入，該可變電容器300經由調整以便該可變電容器300匹配來自該微機電系統傳感器之該電容。因此，該訊號相等地分隔在該差分電荷放大器200之該正的及負的輸入端上，而電性上造成完全差分的系統。
第2圖顯示該微機電系統傳感器10之寄生電容Cpar,vinm及Cpar,vinp以及該微機電系統介面電路200之寄生電容Cpar。該寄生電容Cpar,vinm是位在該第一輸入端子I20a及接地電位之間。該寄生電容Cpar,vinp是位在該輸入端子I20b及該接地電位之間。該寄生電容Cpar是位在該差分放大器200之該第一輸入節點I200a及該接地電位之間。該寄生電容Cpar可以經由配置為可變電容。該可變電容器300之電容Cvbias是經由調整，使得在該偏置電壓產生器100該輸出端子A100/該輸入端子I20a及該第二輸入端子I20b/該差分放大器200之該第二輸入節點I200b之間所測量之該電容是相同於在該偏置電壓產 生器100之該輸出節點A100及該差分放大器200之該第一輸入節點I200a之間所測量之該電容。
第3圖說明該提出的系統之該優點。來自可以經配置為電荷泵之該偏置電壓產生器110之任何擾動是共模並且因此藉由在該可變電容器11之該電容與該微機電系統傳感器10之該寄生電容及該電容Cvbias與該微機電系統介面電路20之該可變(在晶片上)電容器300之該寄生電容之間之該匹配而排除。
在該差分放大器200之該輸出節點A200a、A200b的其中一者及該輸出濾波器110之該基極端子T110之間之該回授路徑使得該偏置電壓產生器100之該輸出節點A100是高的阻抗節點，以便擾動訊號(例如共模擾動訊號)是對稱地施加至該差分放大器200之該第一輸入節點I200a及該第二輸入節點I200b。由於該擾動/共模訊號位在該差分放大器200之該第一及第二輸入節點I200a、I200b處之部分是相同的，因此，顯示於第2圖中之該電路配置允許補償該擾動共模訊號。
本發明可以具有不同的解決方案以實現該回授控制電路400於該回授路徑中，以便輸入訊號是對稱地分隔至該差分電荷放大器200之該第一及第二節點I200a、I200b。第4至7圖說明該回授控制電路400之具有不同的實施例之該微機電系統感測器1。
依據顯示於第4圖中之該微機電糸統感測器1之實施例，該回授控制電路400包括訊號加法器410， 該訊號加法器410具有連接至該差分放大器之該第一輸出節點A200a的第一輸入節點I410a及連接至該差分放大器之該第二輸出節點A200b的第二輸入節點I410b。該訊號加法器410之輸出節點A410是連結至該偏置電壓產生器100之該輸出濾波器110之該基極端子T110。如同在第4圖中所顯示，該回授控制電路400可以包括經由配置在該訊號加法器410之該輸出節點A410及該偏置電壓產生器110之該輸出濾波器110之基極端子T110之間之放大器411。
該訊號加法器410是經由配置以加總該差分放大器200之該第一及該第二輸出訊號Voutm、Voutp及依據該第一及該第二輸出訊號Voutm、Voutp而在該訊號加法器410之該輸出節點A410處提供共模訊號。
依據更進一步的實施例，該回授控制電路400之該訊號加法器410具有第三輸入節點I410c以施加參考訊號Vref。該訊號加法器410是經由配置以依據該差分放大器200之該第一及該第二輸出訊號Voutm、Voutp之總和與該參考訊號Vref之差異，而在該訊號加法器410之該輸出節點A410處提供該共模訊號。
依據在第4圖中所顯示之該微機電系統感測器1之該實施例，該回授資訊是由來自該差分放大器200之該共模輸出電壓所取得。若該差分放大器200之該輸入節點I200a、I200b是相等分隔，則該輸出共模訊號將不含有來自該微機電系統傳感器之想要的訊號資訊。因此，顯 示於第4圖中之該電路架構允許觀察該輸出共模電壓及反饋該輸出共模電壓以便在該共模電壓上之該殘留的訊號是最小化的。
下列第5至7圖顯示該微機電系統感測器1之其它實施例，其中並非該共模誤差而是該真實輸出訊號為經由該回授路徑/該回授控制電路而反饋至該輸出濾波器110之該基極端子T110。相較於來自該微機電系統傳感器之該訊號，該回授訊號FS需要反相。該反相可以由不論是反相該正的輸出訊號Voutp(如同顯示於第5圖之該微機電系統感測器之該實施例)或由使用該差分輸出電壓Voutm、Voutp(如同顯示於第6及7圖中之該實施例)而實行差分至單端轉換來實現。
依據顯示於第5圖中之該微機電系統感測器1之實施例，該回授控制電路400包括具有輸入節點I420及輸出節點A420之緩衝電路420。該放大器420之該輸入節點I420可以連接至該差分放大器之該至少一個輸出節點。該輸入節點I420a可以例如是連接至該差分放大器200之該第一及第二輸出節點A200a、A200b的其中一者。該放大器420之該輸出節點A420是連接至該偏置電壓產生器100之該輸出濾波器110之該基極端子T110。
該回授控制電路400之該緩衝電路420之增益β為視在該微機電系統介面電路20之該第一輸入端子I20a及該差分放大器200之該第一輸入節點I200a之間之電容分壓器而定。該緩衝器電路420之該增益β可以視 該微機電系統介面電路20之該第一輸入端子I20a與該差分放大器200之該第一輸入節點I200a之間所測量之該電容而定。意即該緩衝器電路420之該增益β為視該可變電容器300之該電容而定。該緩衝電路420之該增益β可以視該可變電容器300之該電容及該寄生電容Cpar而定。尤其，該緩衝電路420之該增益經由設定，使得在該偏置電壓產生器100之該輸出濾波器110之該基極端子T110處之該電壓電位是等於在該偏置電壓產生器100之該輸出節點A100處之該電壓電位。該緩衝電路420之該增益可以設定至-β，例如設至“-1”，用於反相該正的輸出訊號Voutp。
顯示於第5圖中之該微機電系統感測器1在不具有緩衝電路420於該回授路徑中亦可以具有功效，意即，更確切地是藉由直接連接產生該反相輸出訊號Voutm之該差分放大器之該第一輸出節點A200a至該輸出濾波器110之該基極端子T100。儘管如此，該電荷放大器200通常以偽差動架構而實現。該回授緩衝器420在這個例子中需要確認適當的該電路之啟動。
依據顯示於第6圖中之該微機電系統感測器1之實施例，該回授控制電路400包括差分至單端放大器430，該差分至單端放大器430具有連結至該差分放大器200之該第一輸出節點A200a的第一輸入節點I430a及連結至該差分放大器200之該第二輸出節點A200b的第二輸入節點I430b。該差分至單端放大器430具有連結至該 輸出濾波器110之該基極端子T110之輸出節點A430。該放大器430之增益可以是“0.5”。
該緩衝電路420理想上具有用於在第5圖中所顯示之該微機電系統感測器之該實現之單位增益。儘管如此，該緩衝器電路420之該增益，以及該差分至單端放大器430之該增益，也考量因為寄生電容之任何衰減必須調和，藉以相等地分隔該輸入訊號至該差分放大器200之該第一及該第二輸入節點I200a、I200b。該配置相反於在第4圖中所顯示之該微機電系統感測器1之該提出的架構，其中正確的迴路增益總是受到確保。
第7圖顯示包括迴授控制電路之微機電系統感測器1之實施例，該迴授控制電路使用該放大器共模資訊以調整在該迴授路徑中之該增益。依據在第7圖中所顯示之該微機電系統感測器1之該實施例，該差分至單端放大器430具有可變增益。該增益經由設定使得該差分至單端放大器430在該偏置電壓產生器100之該輸出濾波器110之該基極端子T110處產生該回授訊號FS，以便位在該偏置電壓產生器100之該輸出濾波器110之該基極端子T110處之該電壓電位是等於或至少在該偏置電壓產生器100之該輸出節點A100處之該電壓電位之範圍內。
該回授控制電路400包括具有第一輸入節點I410a及第二輸入節點I410b之訊號加法器410。該訊號加法器410之該第一輸入節點I410a是連結至該差分放大器200之該第一輸出節點A200a。該訊號加法器410之該 第二輸入節點I410b是連結至該差分放大器200之該第二輸出節點A200b。該訊號加法器410依據該差分放大器200之該第一及該第二輸出訊號Voutm、Voutp之總和而產生控制訊號CS，以設定該差分至單端放大器430之該增益。
如同在第7圖中之說明，該放大器共模資訊是經由使用以調整該回授控制電路400之該差分至單端放大器430之該增益。除了該共模訊號，其它測試訊號或校正技術也可以使用以適當地調整該增益，不論是在該啟動時或在該微機電系統感測器之操作期間之該背景中。
應該注意的是顯示於第4至7圖中之該實現例子之組合也是可能的，例如，在該回授路徑中使用訊號及共模資訊兩者。
如同上文所說明的，該偏置電壓產生器100可以經配置為電荷泵。該電荷泵00可以具有第一級101及至少第二級102。該輸出濾波器110可以包括濾波電容器111及電阻器112。考量該電荷泵引導，不同的實現是可能的。
如同說明於第4至7圖中用於該例示性實現所顯示，該回授控制電路400之該輸出節點可以連接至該輸出濾波器110之該基極端子T110。
依據第一可能的實現，該基極端子T110僅連接至該偏置電壓產生器100之該輸出濾波器110之該濾波電容器111。意即該回授路徑僅藉由該基極電壓產生器100之該輸出濾波器110之該電容器111所實現。
依據另一個可能的實現，移動/引導具有該回授訊號之該整個電荷泵是可能的。這種實現是顯示於在第8圖中所顯示之該微機電系統感測器1之該通用方塊圖中。
依據其它可能的實現，該濾波電容器111至該級的該電荷泵100之不同連結的可能性是可能的。意即單一、數個或所有級101、102的該電荷泵可以連接至該濾波電容器111之該基極端子T110。

Claims (15)

  1. 一種微機電系統感測器，包括：- 微機電系統傳感器(10)，- 微機電系統介面電路(20)，具有第一輸入端子(I20a)、第二輸入端子(I20b)及至少一個輸出端子(A20a、A20b)，該第一輸入端子(I20a)提供用於該微機電系統傳感器(10)之偏置電壓(Vbias)與接收第一輸入訊號(Vinm)，該第二輸入端子(I20b)用以接收來自該微機電系統傳感器(10)之第二輸入訊號(Vinp)，該至少一個輸出端子(A20a、A20b)用以提供表示該第一及第二輸入訊號(Vinm、Vinp)之輸出訊號(Voutm、Voutp)，- 其中，該微機電系統傳感器(10)是連結至該微機電系統介面電路(20)之該第一及該第二輸入端子(I20a、I20b)，- 其中，該微機電系統介面電路(20)包括偏置電壓產生器(100)、差分放大器(200)、電容器(300)及回授控制電路(400)，- 其中，該偏置電壓產生器(100)具有輸出節點(A100)以提供該偏置電壓(Vbias)，該輸出節點(A100)是連接至該微機電系統介面電路(20)之該第一輸入端子(I20a)，- 其中，該差分放大器(200)具有第一輸入節點(I200a)及第二輸入節點(I200b)，該第一輸入節點(I200a) 為經由該可變電容器(300)連接至該第一輸入端子(I20a)，該第二輸入節點(I200b)是連接至該微機電系統介面電路(20)之該第二輸入端子(I20b)，- 其中，該差分放大器(200)具有至少一個輸出節點(A200a、A200b)以提供輸出訊號(Voutm、Voutp)，該至少一個輸出節點(A200a、A200b)是連接至該微機電系統介面電路(20)之該至少一個輸出端子(A20a、A20b)，- 其中，該差分放大器(200)是經由配置以在該差分放大器(200)之該至少一個輸出節點(V200a、V200b)處提供該輸出訊號(V200a、V200b)，- 其中，該偏置電壓產生器(100)包括輸出濾波器(110)，- 其中，該差分放大器(20)之該至少一個輸出節點(A200a、A200b)是經由該回授控制電路(400)連接至該偏置電壓產生器(100)之該輸出濾波器(110)之基極端子(T110)，- 其中，該回授控制電路(400)是經由配置以在該偏置電壓產生器(100)之該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)處提供回授訊號(FS)，以便該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)處之該電壓電位與該偏置電壓產生器(100)之該輸出節點(A100)處之該電壓電位的是以相同的方式改變。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統感測器，其 中，該回授控制電路(400)是經由配置以在該偏置電壓產生器(110)之該輸出濾波器(100)之該基極端子(T110)處提供該回授訊號(FS)，以便在該偏置電壓產生器(110)之該輸出濾波器(100)之該基極端子(T110)處之該電壓電位是在該偏置電壓產生器(100)之該輸出節點(A100)處之該電壓電位之範圍中。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之微機電系統感測器，其中，該電容器(300)具有電容(Cvbias)，該電容(Cvbias)是在該微機電系統介面電路(20)之該第一輸入端子(I20a)及該第二輸入端子(I20b)之間所測量之該微機電系統傳感器(10)之電容之範圍中。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之微機電系統感測器，- 其中，該偏置電壓產生器(100)是經配置為具有第一級(101)及至少第二級(102)之電荷泵(100)，- 其中，該電荷泵(100)的該第一級(101)及該至少一個第二級(102)的至少其中一者是連接至該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)。
  5. 如申請專利範圍在第1項或第2項所述之微機電系統感測器，其中，該差分放大器(200)之該第一及該第二輸入節點(I200a)的其中一者是反相輸入節點，並且該差分放大器(200)之該第一及該第二輸入節點(I200b)的另外 一者是非反相輸入節點。
  6. 如申請專利範圍在第1項或第2項所述之微機電系統感測器，其中，該差分放大器(200)是經由配置為具有單端輸出節點之放大器或具有數位輸出節點之放大器。
  7. 如申請專利範圍在第1項或第2項所述之微機電系統感測器，- 其中，該差分放大器(200)是經由配置以提供該第一輸出訊號(Voutm)，該第一輸出訊號(Voutm)為在該差分放大器(200)之第一輸出節點(A200a)處之反相訊號，該第一輸出節點(A200a)是連結至該微機電系統介面電路(20)之第一輸出端子(A20a)，- 其中，該差分放大器(200)是經由配置以提供該第二輸出訊號(Voutp)，該第二輸出訊號(Voutp)為在該差分放大器(200)之第二輸出節點(A200b)處之非反相訊號，該第二輸出節點(A200b)是連結至該微機電系統介面電路(20)之第二輸出端子(A20b)。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之微機電系統感測器，- 其中，該回授控制電路(400)包括訊號加法器(410)，該訊號加法器(410)具有連接至該差分放大器之該第一輸出節點(A200a)之第一輸入節點(I410a)及連接至該差分放大器(20)之該第二輸出節點(A200b)之第二輸入節點(I410b)，- 其中，該訊號加法器(410)是經由配置以加總該差分 放大器(200)之該第一及該第二輸出訊號(Voutm、Voutp)及依據該第一及該第二輸出訊號(Voutm、Voutp)之總和而在該訊號加法器(410)之輸出節點(A410)處提供共模訊號，- 其中，該訊號加法器(410)之該輸出節點(A410)是連結至該基極電壓產生器(100)之該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之微機電系統感測器，- 其中，該訊號加法器(410)具有第三輸入節點(I410c)以施加參考訊號(Vref)，- 其中，該訊號加法器(410)是經由配置以依據該參考訊號(Vref)與來自該差分放大器(200)之該第一及該第二輸出訊號(Voutm、Voutp)之該總和之差異而在該訊號加法器(410)之該輸出節點(A410)處提供該共模訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之微機電系統感測器，其中，該回授控制電路(400)包括放大器(411)，該放大器(411)是配置在該訊號加法器(410)之該輸出節點與該偏置電壓產生器(110)之該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)之間。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之微機電系統感測器，其中，該回授控制電路(400)包括具有輸入節點(I420)及輸出節點(A420)之緩衝電路(420)，該輸入節點(I420) 是連接至該差分放大器(200)之該至少一個輸出節點(A200a、A200b)，而該緩衝器電路(420)之該輸出節點(A420)是連接至該偏置電壓產生器(100)之該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之微機電系統感測器，其中，該回授控制電路(400)之該緩衝電路(420)之增益是相關於在該微機電系統介面電路(20)之該第一輸入端子(I20a)及該差分放大器(200)之該第一輸入節點(I200a)之間所測量之電容。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之微機電系統感測器，其中，該回授控制電路(400)包括差分至單端放大器(430)，該差分至單端放大器(430)具有第一輸入節點(I430a)、第二輸入節點(I430b)及輸出節點(A430)，該第一輸入節點(I430a)連結至該差分放大器(200)之該第一輸出節點(A200a)，該第二輸入節點(I430b)連結至該差分放大器(200)之該第二輸出節點(A200b)，而該輸出節點(A430)連結至該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之微機電系統感測器，其中，該差分至單端放大器(430)具有可變增益，該增益為經設定使得該差分至單端放大器(430)在該偏置電壓產生器(100)之該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)處產生該回授訊號(FS)，以便在該偏置電壓產生器(100)之該輸出濾波器(110)之該基極端子(T110)處之 該電壓電位是在該偏置電壓產生器(100)之該輸出節點(A100)處之該電壓電位之範圍內。
  15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述之微機電系統感測器，- 其中，該回授控制電路(400)包括具有第一輸入節點及第二輸入節點之訊號加法器(410)，該第一輸入節點是連結至該差分放大器(200)之該第一輸出節點(A200a)，該第二輸入節點是連結至該差分放大器(200)之該第二輸出節點(A200b)，- 其中，該訊號加法器(410)產生控制訊號(CS)，以依據該差分放大器(200)之該第一及該第二輸出訊號(Voutm、Voutp)之該總和設定該差分至單端放大器(430)之該增益。
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