具有电性补偿的微机电元件及其读取电路制造技术

本发明专利技术提出一种具有电性补偿的微机电元件，包含：一固定结构，具有至少一固定电极以及至少一补偿固定电极；一活动结构，具有一活动电极以及一补偿活动电极，活动电极与固定电极形成一感测电容，补偿活动电极与补偿固定电极形成一补偿电容；一补偿电路，以补偿电容所产生的补偿讯号对感测电容所产生的感测讯号进行电性补偿；其中，该感测电容和该补偿电容并非构成差分电容；且该补偿电容的尺寸是该感测电容尺寸的一个小于1的比例值。另外，本发明专利技术还提出一种具有电性补偿的微机电元件的读取电路。

Microelectromechanical device with electric compensation and reading circuit thereof

The invention provides a microelectromechanical element, with electric compensation includes a fixed structure, with at least one fixed electrode and at least one compensation fixed electrode; a movable structure with a movable electrode and a movable electrode compensation, movable electrode and fixed electrode forming a sensing capacitor, electrode and the fixed electrode compensation compensation the formation of a compensation capacitor; a compensation circuit to compensate the capacitance compensation signal produced by the sensor of capacitance sensing signal of power compensation; wherein, the sensing capacitance and the compensation capacitor is not a differential capacitor; and the compensation capacitor is the size of the sensing capacitor size less than one the proportion of 1 value. In addition, the invention also provides a reading circuit of the micro electromechanical element with the electric compensation.

【技术实现步骤摘要】
具有电性补偿的微机电元件及其读取电路
本专利技术涉及一种具有电性补偿的微机电元件，特别是指一种通过可调增益的补偿电容来补偿感测误差，以增进感测精确度的微机电元件。
技术介绍
为增进微机电元件的感测精确度，现有技术的解决方式如下。请参照图1，其显示美国专利号US5487305的现有微机电元件10，其包含一活动结构11与连接活动结构11的四个支持杆12，四个支持杆12用于降低活动结构11的变形量，以通过减少变形来增进感测精确度。但此现有技术的缺点是：支持杆12的设计也可能限制活动结构11的运动、进而影响感测范围。其他类似的现有技术可参考美国专利号US8434364，具有类似于图1的多个支持杆的结构，以降低结构的变形量，也具有同样的缺点。此外，请参照图2，其显示美国专利号US4736629的现有微机电元件20，其包含两个感测电容21、22，位于锚点23的两侧，利用差分电容的特性(亦即当感测电容21、22之一的电容值增加时，另一电容值降低)，来增进感测灵敏度。但如果质量块或基板发生变形，差分电容并不能消除因变形而产生的感测误差。其他相关的现有技术可参考美国专利号US7520171B2，US7646582，以及US2013/018617。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种具有电性补偿的微机电元件及其读取电路，能够通过可调增益的补偿电容来补偿感测误差，以增进感测精确度。为达上述目的，就其中一个观点言，本专利技术提供了一种具有电性补偿的微机电元件，包含：一固定结构，具有至少一固定电极以及至少一补偿固定电极；一活动结构，具有至少一活动电极以及至少一补偿活动电极，该至少一活动电极对应于该至少一固定电极而设置，以形成至少一感测电容，该至少一补偿活动电极对应于该至少一补偿固定电极而设置，以形成至少一补偿电容；一补偿电路，分别耦接于该感测电容以及该补偿电容，并以补偿电容所产生的补偿讯号对感测电容所产生的感测讯号进行电性补偿；其中，该感测电容和该补偿电容并非构成差分电容。在其中一种较佳的实施例中，该补偿电容的尺寸是该感测电容尺寸的一个小于1的比例值。在其中一种较佳的实施例中，该活动结构又具有一轴线并可沿该轴线而转动或摆动，该补偿活动电极与该活动电极分别设置于相对于该轴线的同一侧。在其中一种较佳的实施例中，该活动结构又具有一轴线并可沿该轴线而转动或摆动，该补偿活动电极与该活动电极与该轴线的距离相同。在其中一种较佳的实施例中，该活动结构又具有一轴线并可沿该轴线而转动或摆动，该补偿活动电极与该轴线的距离大于该活动电极与该轴线的距离。在其中一种较佳的实施例中，该补偿活动电极与该补偿固定电极在该活动结构的一出平面方向上或在该活动结构的一同平面方向上重叠而构成该补偿电容。在其中一种较佳的实施例中，以补偿电容所产生的补偿讯号对感测电容所产生的感测讯号进行电性补偿，将该感测电容所产生的感测讯号(C)，与该补偿电容所产生的补偿讯号(Cc)乘以一系数(K)的结果相减，以产生一感测结果(C–KxCc)。在其中一种较佳的实施例中，该活动电极的感测面积(A)除以该补偿活动电极的感测面积(Ac)产生一参数(A/Ac)，该系数(K)为该参数(A/Ac)的一函数。在其中一种较佳的实施例中，该活动结构又具有一轴线并可沿该轴线而转动或摆动，该活动电极的感测面积形心与该轴线的距离(D)，除以该补偿活动电极的感测面积形心与该轴线的距离(Dc)，产生一参数(D/Dc)，该系数(K)为该参数(D/Dc)的一函数。为达上述目的，就另一个观点言，本专利技术提供了一种具有电性补偿的微机电元件读取电路，该微机电元件具有一活动结构和一固定结构，该活动结构可相对于该固定结构而运动、且该活动结构与该固定结构间形成至少一感测电容与至少一补偿电容，该读取电路包含：一补偿电路，将感测电容的感测讯号(C)，和补偿电容所产生的补偿讯号(Cc)乘以一系数(K)后相减，所产生的感测结果(C–KxCc)，作为输出感测讯号；其中，该感测电容和该补偿电容并非构成差分电容。在其中一种较佳的实施例中，该补偿电容的尺寸是该感测电容尺寸的一个小于1的比例值。在其中一种较佳的实施例中，该补偿电路包含：一第一放大器，耦接于该感测电容，以对该感测电容所产生的感测讯号(C)进行处理；一第二放大器，耦接于该补偿电容，以对该补偿电容所产生的补偿讯号(Cc)进行处理；以及一加法器，将该第一放大器的输出减去该第二放大器的输出，而后输出成为输出感测讯号，其中，第一和第二放大器的增益，至少其一为可调。以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效。附图说明图1、2显示根据现有技术的两种微机电元件；图3、4、5、6、7显示根据本专利技术的微机电元件的多个实施例。图中符号说明10、20现有微机电元件11活动结构12支持杆21、22感测电容23锚点30微机电元件31固定结构311固定电极312补偿固定电极32活动结构321活动电极322补偿活动电极33补偿电路40微机电元件321a、321b活动电极322a、322b补偿活动电极321a’、321b’活动电极322a’、322a”、322b’、322b”补偿活动电极331加法器50微机电元件53锚点54弹簧60微机电元件Ac感测面积AX轴线C感测讯号Cc补偿讯号Cout输出感测讯号Dc距离X、Y、Z方向Op、Opc放大器具体实施方式请参阅图3，显示本专利技术的第一个实施例的具有电性补偿的微机电元件30。如图所示，具有电性补偿的微机电元件30包含一固定结构31、一活动结构32、以及一补偿电路33。固定结构31例如但不限于可为一基板，而活动结构32例如但不限于可为一质量块，可相对于固定结构31而运动。固定结构31具有至少一固定电极311以及至少一补偿固定电极312。活动结构32具有至少一活动电极321以及至少一补偿活动电极322，活动电极321对应于固定电极311而设置，以形成感测电容，补偿活动电极322对应于补偿固定电极312而设置，以形成补偿电容。图式中，固定电极311、补偿固定电极312、活动电极321、以及补偿活动电极322的形状和数量仅为示意，各电极具有外凸的形状仅是为了便于显示其位置，实际制造时，不必须外凸；此外，各电极的数量不限于一个，且各电极的相对位置也不限于图式中所示。补偿电路33接收来自补偿电容的补偿讯号Cc以及来自感测电容的感测讯号C，并以补偿讯号Cc来对感测讯号C进行电性补偿(容后详述)。根据本专利技术，感测电容和对应的补偿电容并非构成差分电容；在较佳的实施方式中，补偿电容的尺寸是感测电容尺寸的一个小于1的比例值，例如但不限于为1/4以下。在本实施例中，固定电极311和活动电极321的俯视重叠面积构成感测电容的面积、补偿固定电极312和补偿活动电极322的俯视重叠面积构成补偿电容的面积，则补偿电容的面积是感测电容面积的一个小于1的比例值。继续参照图3，补偿电路33包含两个放大器Op、Opc，分别耦接于感测电容以及补偿电容，以对感测电容以及补偿电容所产生的感测讯号C、补偿讯号Cc进行处理。一实施例中，放大器Op、Opc的增益，至少其一为可调(也可两者皆可调)。举例而言，放大器Op的增益为1，另一放大器Opc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有电性补偿的微机电元件，其特征在于，包含：一固定结构，具有至少一固定电极以及至少一补偿固定电极；一活动结构，具有至少一活动电极以及至少一补偿活动电极，该至少一活动电极对应于该至少一固定电极而设置，以形成至少一感测电容，该至少一补偿活动电极对应于该至少一补偿固定电极而设置，以形成至少一补偿电容；一补偿电路，分别耦接于该感测电容以及该补偿电容，并以补偿电容所产生的补偿讯号对感测电容所产生的感测讯号进行电性补偿；其中，该感测电容和该补偿电容并非构成差分电容。

【技术特征摘要】
1.一种具有电性补偿的微机电元件，其特征在于，包含：一固定结构，具有至少一固定电极以及至少一补偿固定电极；一活动结构，具有至少一活动电极以及至少一补偿活动电极，该至少一活动电极对应于该至少一固定电极而设置，以形成至少一感测电容，该至少一补偿活动电极对应于该至少一补偿固定电极而设置，以形成至少一补偿电容；一补偿电路，分别耦接于该感测电容以及该补偿电容，并以补偿电容所产生的补偿讯号对感测电容所产生的感测讯号进行电性补偿；其中，该感测电容和该补偿电容并非构成差分电容。2.如权利要求1所述的微机电元件，其中，该补偿电容的尺寸是该感测电容尺寸的一个小于1的比例值。3.如权利要求1所述的微机电元件，其中，该活动结构又具有一轴线并可沿该轴线而转动或摆动，该补偿活动电极与该活动电极分别设置于相对于该轴线的同一侧。4.如权利要求1所述的微机电元件，其中，该活动结构又具有一轴线并可沿该轴线而转动或摆动，该补偿活动电极与该活动电极与该轴线的距离相同。5.如权利要求1所述的微机电元件，其中，该活动结构又具有一轴线并可沿该轴线而转动或摆动，该补偿活动电极与该轴线的距离大于该活动电极与该轴线的距离。6.如权利要求1所述的微机电元件，其中，该补偿活动电极与该补偿固定电极在该活动结构的一出平面方向上或在该活动结构的一同平面方向上重叠而构成该补偿电容。7.如权利要求1所述的微机电元件，其中，以补偿电容所产生的补偿讯号对感测电容所产生的感测讯号进行电性补偿，将该感测电容所产生的感测讯号(C)，与该补偿电容所产生的补偿讯号(Cc)乘以一系数(K)的结果相减，以产生一感...

【专利技术属性】
技术研发人员：林炯彣，罗烱成，吴嘉昱，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71