用于机电电容式传感器的集成自测试制造技术

一种自测试机电电容式传感器系统。系统包括机电电容式传感器和控制器。控制器被配置成接收用来激活测试模式的信号，并且当接收用来激活测试模式的信号时：（a）向机电电容式传感器施加偏置电压阶跃，（b）测量作为时间的函数的机电电容式传感器的振膜针对偏置电压的对应偏移，并且针对偏置电压的多个量值重复步骤（a）和（b）以确定机电电容式传感器的至少一个性能参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2014年3月14日提交的美国临时申请号61/952,996的权益，其完整内容通过引用被并入本文中。
技术介绍
本专利技术涉及用于电容式传感器的电气自测试。更特别地，本专利技术的实施例涉及用于微机电系统（MEMS）麦克风的集成全部电气自测试。当今，MEMS麦克风的测试伴随着各种挑战和相关联的时间和金钱方面的成本。例如，必须降低如由被测设备遭受的周围声学噪声和振动。生产测试台通常具有来自诸如发动机、HVAC系统、人们和其它工业设施之类的各种源的非常高的声学噪声级。这要求昂贵且不常见的隔离技术，以及可能地甚至分离的声学测试间和腔。当前，要求利用声学扬声器和麦克风的定制测试解决方案以用于适当的测试。这些参考扬声器和麦克风必须进行校准和维护以确保一致的测试质量。当前测试方法学的一般声学要求限制被测设备的并行化，这从而增加测试成本。机械系统在这种类型的测试期间经历的有限的运动量还造成关于质量的顾虑，因为麦克风通常仅在一个功能偏置点处而不是贯穿其机械范围进行测试。此外，在不使用专用测试芯片、专用测试装配诸如真空腔系统或二者的情况下，存在对确定诸如机械共振频率之类的MEMS特性的有限访问。因此，本专利技术的实施例提供用于针对微机电系统（MEMS）麦克风的集成全部电气自测试的系统和方法。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术提供一种用于自测试机电电容式传感器的系统。系统包括机电电容式传感器和控制器。控制器被配置成接收用来激活测试模式的信号，并且当接收用来激活测试模式的信号时：（a）向机电电容式传感器施加偏置电压，（b）测量作为时间的函数的机电电容式传感器的振膜针对偏置电压的对应偏移，并且针对偏置电压的多个量值重复步骤（a）和（b）以确定机电电容式传感器的至少一个性能参数。所确定的性能参数可以是作为所施加的偏置电压的函数的灵敏度、拉入电压（pull-in voltage）、-3dB频率响应点、共振频率、电阻阻尼/品质因子分量、电容或前述的任何组合。在一些实施例中，电容包括寄生电容。在其它实施例中，系统还包括前置放大器。在这样的实施例中，电容可以通过测量前置放大器的单位增益输出的转换速率来确定。在其它实施例中，电容可以通过向机电电容式传感器施加高频AC激励，并且测量机电电容式传感器的电流输出来确定。在一些实施例中，机电电容式传感器和控制器组合在单个封装中。在一些实施例中，机电电容式传感器是MEMS麦克风。在一些实施例中，测试模式的步骤（b）由第二处理器执行。在另一实施例中，本专利技术提供一种用于自测试包括控制器的机电电容式传感器系统的方法。方法包括（a）通过控制器向机电电容式传感器施加偏置电压，（b）通过控制器测量作为时间的函数的机电电容式传感器的振膜针对偏置电压的对应偏移，以及针对偏置电压的多个量值重复步骤（a）和（b）以确定机电电容式传感器的至少一个性能参数。本专利技术的其它方面将通过考虑详细描述和附图而变得显而易见。附图说明图1是机电电容式传感器集成电路的框图。图2是常见电容式传感器机电关系的线图。图3是随时间阶跃的所施加的偏置电压的线图。图4是针对电容式传感器的多阶瞬态阶跃响应的示例线图。图5是由图1的集成电路用于执行电气自测试的方法的框图。具体实施方式在详细解释本专利技术的任何实施例之前，要理解的是，本专利技术在其应用方面不限于在以下描述中阐述或在附图中图示的组件的布置和构造的细节。本专利技术能够具有其它实施例，并且能够以各种方式被实践或实现。还应当指出的是，多个基于硬件和软件的设备，以及多个不同结构组件可以用于实现本专利技术。此外，应当理解的是，本专利技术的实施例可以包括硬件、软件和电子组件或模块，其出于讨论的目的可以被图示和描述好像组件中的大部分单独实现在硬件中。然而，本领域普通技术人员，并且基于该详细描述的阅读，将认识到，在至少一个实施例中，本专利技术的基于电子的方面可以实现在由一个或多个处理器可执行的软件中（例如，存储在非暂时性计算机可读介质上）。照此，应当指出的是，多个基于硬件和软件的设备，以及多个不同结构组件可以用于实现本专利技术。例如，在说明书中描述的“控制单元”和“控制器”可以包括一个或多个处理器、包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储器模块、一个或多个输入/输出接口，以及连接组件的各种连接（例如，系统总线）。图1图示机电电容式传感器集成电路（MCSIC）10。MCSIC 10包括MEMS传感器12、测试控制器14、输出前置放大器16、两个高阻抗网络18、电荷泵20、偏置电压节点22和输出电压节点24。测试控制器14连接到高阻抗网络18、电荷泵20和输出电压节点24。测试控制器14还可配置成向MCSIC 10外部的电子器件发送和接收信号和数据。高阻抗网络18和电荷泵20向MEMS传感器12施加电压偏置。高阻抗网络18能够进入低阻抗状态，以保护MEMS传感器12免受偏置电压中的改变。电荷泵20可配置成向偏置电压节点22提供电压范围。测试控制器14可配置成发信号通知电荷泵20向MEMS传感器12施加指定偏置电压（VBIAS）。测试控制器14还可配置成在力模式期间发信号通知电荷泵20在偏置电压节点22处向MEMS传感器12提供VBIAS中的自生成的电气阶跃（ΔV）。测试控制器14可配置成当正施加ΔV时发信号通知高阻抗网络18进入低阻抗状态。测试控制器14还可配置成在已经施加ΔV之后非常快（1-3μs）进入感测模式，并且在感测模式期间发信号通知高阻抗网络18进入高阻抗状态。测试控制器14还可配置成测量作为输出电压节点24处的输出电压（VOUT）的MEMS传感器12对ΔV的施加的响应。当处于感测模式时，作为到MEMS传感器12的测试输入（VBIAS的阶跃）的结果而产生的MEMS输出前置放大器16的VOUT可以在输出电压节点24处由测试控制器14或由MCSIC 10外部的测试装备来测量。在一些实施例中，测试控制器14包括向测试控制器14内的组件和模块提供电力、操作控制和保护的多个电气和电子组件。除了其它许多东西之外，测试控制器14还包括处理单元（例如，微控制器或另一合适的可编程设备）、存储器和输入/输出接口。处理单元、存储器和输入/输出接口，以及其它各种模块通过一个或多个控制或数据总线连接。在一些实施例中，测试控制器14部分或完全地实现在半导体芯片（例如，现场可编程门阵列）上。测试控制器14的存储器包括程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可以包括不同类型的存储器的组合，所述不同类型的存储器诸如只读存储器（“ROM”）、随机存取存储器（“RAM”）（例如，动态RAM（“DRAM”）、同步DRAM（“SDRAM”）等）、电可擦除可编程只读存储器或其它合适的电子存储器设备。处理单元连接到存储器并且执行存储在存储器的RAM（例如，在执行期间）、存储器的ROM（例如，在一般持久性的基础上）或另一非暂时性计算机可读介质中的软件指令。为了用于MEMS传感器12的电气自测试的过程和方法而包括的软件可以存储在测试控制器14的存储器中。软件可以包括固件、一个或多个应用、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块和其它可执行指令。例如，测试控制器14有效地存储关于MEMS传感器12的电气和机械特性的信息。处理单元被配置成从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自测试机电电容式传感器系统，系统包括：机电电容式传感器；控制器，其被配置成接收用来激活测试模式的信号，并且当接收用来激活测试模式的信号时其中（a）向机电电容式传感器施加偏置电压阶跃，（b）测量作为时间的函数的机电电容式传感器的振膜针对偏置电压阶跃的对应偏移，并且针对偏置电压的多个量值重复步骤（a）和（b）以确定机电电容式传感器的至少一个性能参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 US 61/9529961.一种自测试机电电容式传感器系统，系统包括：机电电容式传感器；控制器，其被配置成接收用来激活测试模式的信号，并且当接收用来激活测试模式的信号时其中（a）向机电电容式传感器施加偏置电压阶跃，（b）测量作为时间的函数的机电电容式传感器的振膜针对偏置电压阶跃的对应偏移，并且针对偏置电压的多个量值重复步骤（a）和（b）以确定机电电容式传感器的至少一个性能参数。2.权利要求1的系统，其中至少一个性能参数是包括以下各项的组中的至少一个：作为所施加的偏置电压的函数的灵敏度，拉入电压，-3dB频率响应点，共振频率，电阻阻尼因子分量，以及电容。3.权利要求2的系统，其中电容包括寄生电容。4.权利要求2的系统，还包括前置放大器，其中确定电容包括测量前置放大器的单位增益输出的转换速率。5.权利要求2的系统，其中测试模式还包括向机电电容式传感器施加高频AC激励，以及测量机电电容式传感器的电流输出，以及确定机电电容式传感器的电容。6.权利要求1的系统，其中机电电容式传感器和控制器组合在单个封装中。7.权利要求1的系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM穆扎，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE