專利名稱：晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對晶圓級的單支點(diǎn)電容式加速度計的性能參數(shù)進(jìn)行在線評估和調(diào)試的方法。
背景技術(shù)：
針對單支點(diǎn)電容式加速度計的性能參數(shù)在線評估，晶圓級的測試對該類型的加速度計的性能參數(shù)檢測以及評估具有重要意義，是進(jìn)行工程化批量生產(chǎn)的重要組成部分。目前國內(nèi)外已有器件級的性能參數(shù)調(diào)試方法，但并非針對晶圓級。申請?zhí)枮閃000/55652，名稱為《Calibration of sensors》的專利申請公開了對多軸向傳感器各個敏感軸靈敏度的校準(zhǔn)，將校準(zhǔn)參數(shù)存儲在EEPROM中，但該方法未實(shí)現(xiàn)增益以及溫度等特性的在線調(diào)整。國內(nèi)一篇名為《ACCELEROMETER AND METHOD FOR ERROR COMPENSATION》的文獻(xiàn)中描述的是通過 非易失性存儲器實(shí)現(xiàn)對三軸加速度計的錯誤補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了偏置的補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償，但沒有實(shí)現(xiàn)對增益的可編程功能。上述的加速度計的在線校準(zhǔn)和評估方法，首先都未能實(shí)現(xiàn)增益特性的在線校準(zhǔn)和設(shè)置；其次都是針對器件級的評估，未實(shí)現(xiàn)對MEMS晶圓級的測試評估；再次傳統(tǒng)的晶圓級性能參數(shù)調(diào)試和評估方法在設(shè)計時就必須將參數(shù)固定，其手段較為機(jī)械，未能實(shí)現(xiàn)在線進(jìn)行調(diào)試，不具備較強(qiáng)的靈活性。因此。發(fā)明一種高可靠性、通用性較強(qiáng)、靈活性較高的性能參數(shù)在線評估方法顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在線實(shí)現(xiàn)對晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計進(jìn)行諧振頻率、機(jī)械帶寬、偏置、靈敏度等關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)試和在線評估的方法，其在MEMS傳感器晶圓級測試的過程中，具有重要的指導(dǎo)和評估作用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法，用于對晶圓級的單支點(diǎn)電容式加速度計的性能參數(shù)進(jìn)行在線評估和調(diào)試，其包括
電荷放大單元，所述的電荷放大單元通過探針卡與所述的單支點(diǎn)電容式加速度計相連接，所述的電荷放大單元將所述的單支點(diǎn)電容式加速度計輸出的電容信號轉(zhuǎn)換為電荷信號;
檢波電路單元，所述的檢波電路單元與所述的電荷放大單元的輸出端相連接，所述的檢波電路單元對所述的電荷放大單元所輸出的電荷信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)；
低通濾波單元，所述的低通濾波單元與所述的電荷放大單元的輸出端相連接，所述的低通濾波單元將經(jīng)過調(diào)制解調(diào)的電荷信號進(jìn)一步放大并濾除載波信號，輸出直流信號，所述的低通濾波單元的輸出即為開環(huán)輸出；
PID控制單元，所述的PID控制單元與所述的低通濾波單元的輸出端相連接，所述的PID控制單元將開環(huán)輸出的信號進(jìn)行PID控制；求和放大單元，所述的求和放大單元與所述的PID控制單元的輸出端相連接,所述的求和放大單元對所述的PID控制單元的輸出信號進(jìn)行求和放大，所述的求和放大單元的輸出即為閉環(huán)輸出并與低頻頻譜分析儀相連接；
正反向兩路放大器，所述的正反向兩路放大器的輸入端與所述的求和放大單元的輸出端相連接，所述的正反向兩路放大器的兩個輸出端分別與所述的單支點(diǎn)電容式加速度計的支點(diǎn)兩側(cè)的極板相連接。所述的單支點(diǎn)電容式加速度計的靈敏度=所述的閉環(huán)輸出信號/輸入的加速度量，其中，所述的輸入的加速度量指由所述的單支點(diǎn)電容式加速度計所得到的加速度的量值。
在所述的晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法的閉環(huán)輸出端加入正弦波信號，所述的正弦波信號經(jīng)所述的正反向兩路放大器后輸出兩路幅度相同、相位相反的正弦波信號并加載到所述的單支點(diǎn)電容式加速度計的支點(diǎn)兩側(cè)的兩個極板上；將所述的正弦波信號的頻率由低到高進(jìn)行掃描并觀測所述的閉環(huán)輸出信號，直至所述的閉環(huán)輸出信號的幅度衰減至_3db時所述的正弦波信號所對應(yīng)的頻率即為所述的單支點(diǎn)電容式加速度計的機(jī)械帶寬。加入所述的晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法的閉環(huán)輸出端的正弦波信號的峰值為IV，初始頻率為10Hz，偏置為2. 5V，且所述的正弦波信號的頻率由IOHz至3000Hz進(jìn)行掃描。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)
1、該晶圓級在線評估方法快捷便利，只要通過變動電路中的可變電容和可變電阻即可實(shí)現(xiàn)對諧振頻率、機(jī)械帶寬、偏置、靈敏度等關(guān)鍵性能參數(shù)的調(diào)節(jié)和評估；
2、該在線評估方法采用開環(huán)或閉環(huán)的雙路控制，通過電路上的設(shè)置以選擇所采用的輸出方式，使得電路的可靠性得到提高，可根據(jù)用戶需求快速、有效的對各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測試與評估，提高了整個評估測試系統(tǒng)的實(shí)用性和批量化生產(chǎn)的便捷性；
3、該在線評估方法增加了MEMS器件晶圓級測試過程中的靈活性，使得其可以適應(yīng)批量化生產(chǎn)和工程化過程中的需求。


附圖I為本發(fā)明的晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法的原理框圖。以上附圖中，I、單支點(diǎn)電容式加速度計；2、電荷放大單元；3、檢波電路單元；4、低通濾波單元；5、PID控制單元；6、求和放大單元；7、正反向兩路放大器；8、低頻頻譜分析儀。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一參見附圖I所示。一種晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法，用于對晶圓級的單支點(diǎn)電容式加速度計I的性能參數(shù)進(jìn)行在線評估和調(diào)試。其包括電荷放大單元2、檢波電路單元3、低通濾波單元4、PID控制單元5、求和放大單元6、正反向兩路放大器7。
電荷放大單元2通過探針卡與單支點(diǎn)電容式加速度計I相連接。檢波電路單元3與電荷放大單元2的輸出端相連接。低通濾波單元4與電荷放大單元2的輸出端相連接。PID控制單元5與低通濾波單元4的輸出端相連接。求和放大單元6與PID控制單元5的輸出端相連接，其輸出端與低頻頻譜分析儀8相連接。正反向兩路放大器7的輸入端與求和放大單元6的輸出端相連接，兩個輸出端分別與單支點(diǎn)電容式加速度計I的支點(diǎn)兩側(cè)的極板相連接。進(jìn)行測試時，通過專用探針卡實(shí)現(xiàn)電荷放大單元2與單支點(diǎn)電容式加速度計I的連接，該電路檢測方法如下電荷放大單元2通過對微弱信號的檢測，將單支點(diǎn)電容式加速度計I輸出的電容信號轉(zhuǎn)換為電荷信號。同時檢波電路單兀3對電荷放大單兀2所輸出的電荷信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。經(jīng)過調(diào)制解調(diào)的電荷信號送入低通濾波單元4進(jìn)一步放大和濾波，以濾除載波信號，得到與輸入相對應(yīng)的直流信號，該低通濾波單元4的輸出即為開環(huán)輸出。開環(huán)輸出的信號進(jìn)一步通過PID控制單元5將進(jìn)行PID控制(比例放大、微分、積分)，并在求和放大單元6進(jìn)行求和放大，在求和放大單元6的輸出端得到閉環(huán) 輸出信號Vout。閉環(huán)輸出信號比開環(huán)輸出得到的直流信號噪聲更小、線性度更好。此外，單支點(diǎn)電容式加速度計I的靈敏度=閉環(huán)輸出信號Vout/輸入的加速度量，其中，輸入的加速度量指由單支點(diǎn)電容式加速度計I所得到的加速度的量值，其通常以重力加速度g的倍數(shù)的形式表示。若測試單支點(diǎn)電容式加速度計I的機(jī)械帶寬，在上述電路的閉環(huán)輸出端，即INJ端加入正弦波信號，該正弦波信號的峰值為IV，初始頻率為IOHz，偏置為2. 5V。正弦波信號經(jīng)正反向兩路放大器7后輸出兩路幅度相同、相位相反的正弦波信號并加載到單支點(diǎn)電容式加速度計I的支點(diǎn)兩側(cè)的兩個極板上。這兩路正弦波信號加載到Cf!和Cf2兩個極板上，造成加速度計的擺動，進(jìn)而導(dǎo)致極板間的電容出現(xiàn)變化。將正弦波信號的頻率由IOHz至3000Hz進(jìn)行掃描。觀測閉環(huán)輸出信號，直至閉環(huán)輸出信號的幅度衰減至_3db時正弦波信號所對應(yīng)的頻率即為單支點(diǎn)電容式加速度計I的機(jī)械帶寬。通過更改上述電路中相應(yīng)的各項(xiàng)電路參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)增益、零偏以及評估機(jī)械帶寬和諧振頻率的目的。設(shè)計人員可根據(jù)用戶需求在線調(diào)整電路的參數(shù)即可改變加速度計的零偏、靈敏度、機(jī)械帶寬等相關(guān)性能指標(biāo)，并通過電信號量評估加速度計的機(jī)械帶寬，從而評估該結(jié)構(gòu)加速度計設(shè)計和制作過程中的關(guān)鍵參數(shù)，該技術(shù)方案適合電容式加速度計的晶圓級測試。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法，用于對晶圓級的單支點(diǎn)電容式加速度計的性能參數(shù)進(jìn)行在線評估和調(diào)試，其特征在于其包括 電荷放大單元，所述的電荷放大單元通過探針卡與所述的單支點(diǎn)電容式加速度計相連接，所述的電荷放大單元將所述的單支點(diǎn)電容式加速度計輸出的電容信號轉(zhuǎn)換為電荷信號; 檢波電路單元，所述的檢波電路單元與所述的電荷放大單元的輸出端相連接，所述的檢波電路單元對所述的電荷放大單元所輸出的電荷信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)； 低通濾波單元，所述的低通濾波單元與所述的電荷放大單元的輸出端相連接，所述的低通濾波單元將經(jīng)過調(diào)制解調(diào)的電荷信號進(jìn)一步放大并濾除載波信號，輸出直流信號，所述的低通濾波單元的輸出即為開環(huán)輸出； PID控制單元，所述的PID控制單元與所述的低通濾波單元的輸出端相連接，所述的PID控制單元將開環(huán)輸出的信號進(jìn)行PID控制； 求和放大單元，所述的求和放大單元與所述的PID控制單元的輸出端相連接,所述的求和放大單元對所述的PID控制單元的輸出信號進(jìn)行求和放大，所述的求和放大單元的輸出即為閉環(huán)輸出并與低頻頻譜分析儀相連接； 正反向兩路放大器，所述的正反向兩路放大器的輸入端與所述的求和放大單元的輸出端相連接，所述的正反向兩路放大器的兩個輸出端分別與所述的單支點(diǎn)電容式加速度計的支點(diǎn)兩側(cè)的極板相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法，其特征在于所述的單支點(diǎn)電容式加速度計的靈敏度=所述的閉環(huán)輸出信號/輸入的加速度量，其中，所述的輸入的加速度量指由所述的單支點(diǎn)電容式加速度計所得到的加速度的量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法，其特征在于在所述的晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法的閉環(huán)輸出端加入正弦波信號，所述的正弦波信號經(jīng)所述的正反向兩路放大器后輸出兩路幅度相同、相位相反的正弦波信號并加載到所述的單支點(diǎn)電容式加速度計的支點(diǎn)兩側(cè)的兩個極板上；將所述的正弦波信號的頻率由低到高進(jìn)行掃描并觀測所述的閉環(huán)輸出信號，直至所述的閉環(huán)輸出信號的幅度衰減至_3db時所述的正弦波信號所對應(yīng)的頻率即為所述的單支點(diǎn)電容式加速度計的機(jī)械帶寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法，其特征在于加入所述的晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法的閉環(huán)輸出端的正弦波信號的峰值為IV，初始頻率為10Hz，偏置為2. 5V，且所述的正弦波信號的頻率由IOHz至3000Hz進(jìn)行掃描。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種晶圓級單支點(diǎn)電容式加速度計性能參數(shù)在線評估方法，其包括電荷放大單元、檢波電路單元、低通濾波單元、PID控制單元、求和放大單元、正反向兩路放大器。電荷放大單元通過探針卡與單支點(diǎn)電容式加速度計相連接。檢波電路單元與電荷放大單元相連接。低通濾波單元與電荷放大單元相連接。PID控制單元與低通濾波單元相連接。求和放大單元與PID控制單元相連接，輸出端與低頻頻譜分析儀相連接。正反向兩路放大器與求和放大單元相連接，兩個輸出端分別與單支點(diǎn)電容式加速度計的支點(diǎn)兩側(cè)的極板相連接。本發(fā)明快捷便利，只要變動電路中的參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對單支點(diǎn)電容式加速度計的性能參數(shù)的調(diào)節(jié)和評估，可靠性高，適應(yīng)生產(chǎn)和工程化過程中的需求。
文檔編號G01P21/02GK102830251SQ20121032222
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者喬偉, 劉艷, 趙軼卓, 江勝 申請人:中國兵器工業(yè)集團(tuán)第二一四研究所蘇州研發(fā)中心