用于傳感器封裝件中的磁強(qiáng)計(jì)的信號(hào)誤差補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器器件。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有多刺激感測(cè)能力的MEMS器件封裝件以及用于補(bǔ)償在來(lái)自多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件的磁強(qiáng)計(jì)(magnetometer)的輸出信號(hào)上的信號(hào)誤差的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)取得了廣泛的關(guān)注，因?yàn)樗峁┝艘环N制作非常小的機(jī)械結(jié)構(gòu)的方法并且能用常規(guī)的批量半導(dǎo)體加工技術(shù)在單一襯底上將這些結(jié)構(gòu)與電器件進(jìn)行整合。MEMS的常見(jiàn)的應(yīng)用是傳感器器件的設(shè)計(jì)和制作。MEMS傳感器器件包括，例如加速計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器、磁場(chǎng)傳感器、麥克風(fēng)、氣敏傳感器、數(shù)字鏡像顯示、微射流器件等等。MEMS傳感器器件被廣泛應(yīng)用于例如汽車、慣性制導(dǎo)系統(tǒng)、家用電器、游戲器件、各種器件的保護(hù)系統(tǒng)、以及許多其它的工業(yè)、科學(xué)、以及工程系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0003]結(jié)合附圖并參閱詳細(xì)說(shuō)明書以及權(quán)利要求書，對(duì)本發(fā)明可以有比較完整的理解。其中在附圖中相同的參考符號(hào)表示類似的元素，附圖不一定按比例繪制，并且:
[0004]圖1顯示了具有多刺激感測(cè)能力的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件封裝件的方框圖；
[0005]圖2顯示了另一個(gè)具有多刺激感測(cè)能力的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件封裝件的方框圖；
[0006]圖3顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的多刺激感測(cè)能力的MEMS器件封裝件的概念方框圖；
[0007]圖4顯示了示出了圖3的MEMS器件封裝件內(nèi)的傳感器的操作狀態(tài)的示例狀態(tài)圖；
[0008]圖5顯示了用于確定圖3的MEMS器件封裝件的修整(trim)參數(shù)的測(cè)試環(huán)境；
[0009]圖6顯示了基于陀螺儀的偏移修整值確定過(guò)程的流程圖；
[0010]圖7顯示了靈敏度漂移值確定過(guò)程的流程圖；
[0011]圖8顯示了靈敏度漂移值確定過(guò)程的實(shí)時(shí)計(jì)算子過(guò)程的流程圖；
[0012]圖9顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)誤差補(bǔ)償過(guò)程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]隨著MEMS傳感器器件的使用的持續(xù)增長(zhǎng)和多樣化，越來(lái)越多的重點(diǎn)被放在能夠以增強(qiáng)的靈敏度多刺激感測(cè)并且將多種類型的傳感器集成到相同的封裝中的器件的開(kāi)發(fā)上。多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件，有時(shí)被稱為“組合傳感器”或簡(jiǎn)稱為“結(jié)合傳感器”可以能夠感測(cè)不同物理刺激(例如，線性加速度、角速度、磁場(chǎng)、壓力等等)并還可能多軸感測(cè)。此外，越來(lái)越多的重點(diǎn)放在MEMS器件封裝件的制作方法上，其中在不增加制作成本和復(fù)雜性以及不犧牲部件性能的情況下，該MEMS器件封裝件具有多個(gè)物理刺激感測(cè)和/或多軸感測(cè)能力。這些努力主要是由汽車、醫(yī)療、商業(yè)和消費(fèi)產(chǎn)品中的現(xiàn)有和潛在大容量應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的。
[0014]某些應(yīng)用需要包括了磁強(qiáng)計(jì)和陀螺儀的多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件。通常，磁強(qiáng)計(jì)，也被稱為磁場(chǎng)傳感器，是用于檢測(cè)磁場(chǎng)的幅度和/或取向的電子器件。陀螺儀廣泛地作用于通過(guò)將陀螺儀驅(qū)動(dòng)進(jìn)入第一運(yùn)動(dòng)以及測(cè)量陀螺儀的響應(yīng)于第一運(yùn)動(dòng)和要被感測(cè)的角速度的第二運(yùn)動(dòng)。在包括了磁強(qiáng)計(jì)和陀螺儀的MEMS器件封裝件中，在某些操作狀態(tài)期間，陀螺儀將抽拉(draw)電流。電流抽拉生成了可以在磁強(qiáng)計(jì)被檢測(cè)的磁場(chǎng)。因此，所生成的響應(yīng)于由陀螺儀抽拉的電流的磁場(chǎng)可以對(duì)磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)強(qiáng)加信號(hào)誤差。
[0015]實(shí)施例涉及包括磁強(qiáng)計(jì)和另一個(gè)傳感器例如陀螺儀兩者的多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件，以及當(dāng)另外的傳感器處于操作狀態(tài)時(shí)用于補(bǔ)償強(qiáng)加在磁場(chǎng)計(jì)輸出信號(hào)上的信號(hào)誤差的方法。該方法在磁強(qiáng)計(jì)的模擬前端和數(shù)字處理專用集成電路(ASIC)中被實(shí)現(xiàn)，以提高信號(hào)精度、降低存儲(chǔ)器要求、并在不需要最終用戶邏輯的實(shí)現(xiàn)的情況下給最終用戶提供誤差補(bǔ)償號(hào)。
[0016]雖然本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合陀螺儀作為磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)上的信號(hào)誤差來(lái)源來(lái)描述，應(yīng)了解，用于補(bǔ)償磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)上的信號(hào)誤差的方法可以在其它多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件中被實(shí)現(xiàn)，在該其它多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件中，另一個(gè)傳感器抽拉產(chǎn)生了磁場(chǎng)的電流，其隨后可以被強(qiáng)加在磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)上作為誤差信號(hào)，并且對(duì)其補(bǔ)償這樣誤差信號(hào)是必要的。
[0017]圖1顯示了多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件20的方框圖。MEMS器件封裝件20通常包括層疊構(gòu)型的磁強(qiáng)計(jì)管芯(die) 22和陀螺儀管芯24，在該層疊構(gòu)型中，管芯附接材料26被用于將磁強(qiáng)計(jì)管芯22和陀螺儀管芯24耦合或者緊固在一起。磁強(qiáng)計(jì)管芯22可以包括一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件54和磁強(qiáng)計(jì)電路56，類似地，陀螺儀管芯24可以包括一個(gè)或多個(gè)陀螺儀感測(cè)元件58和陀螺儀電路60。磁強(qiáng)計(jì)電路56和磁場(chǎng)感測(cè)元件54被提供在磁強(qiáng)計(jì)管芯22中的層疊構(gòu)型中。然而，在替代實(shí)施例中，磁強(qiáng)計(jì)電路56可以從磁場(chǎng)感測(cè)元件54橫向位移。類似地，陀螺儀電路60和陀螺儀感測(cè)元件58被提供在陀螺儀管芯24中的層疊構(gòu)型中。然而，在替代實(shí)施例中，陀螺儀電路60可以從陀螺儀感測(cè)元件58橫向位移。
[0018]磁強(qiáng)計(jì)電路56可以是磁強(qiáng)計(jì)管芯22內(nèi)的專用集成電路(ASIC)模擬前端和數(shù)字塊，補(bǔ)償算法可以在其中被執(zhí)行，并且修整參數(shù)可以被存儲(chǔ)在其中。類似地，陀螺儀管芯24可以是陀螺儀管芯24內(nèi)的ASIC模擬前端和數(shù)字塊，補(bǔ)償算法可以在其中被執(zhí)行。通常，磁強(qiáng)計(jì)電路56被配置為接收原始的，S卩，模擬輸出信號(hào)，其在本發(fā)明中被稱為來(lái)自磁場(chǎng)感測(cè)元件54，標(biāo)記為MAGeaw的磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30。類似地，陀螺儀電路60被配置為接收原始的，即，模擬輸出信號(hào)，其在本發(fā)明中被稱為來(lái)自陀螺儀感測(cè)元件58，標(biāo)記為GYROeaw的陀螺儀輸出信號(hào)32。
[0019]響應(yīng)于接收磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30和陀螺儀輸出信號(hào)32,磁強(qiáng)計(jì)電路56和陀螺儀電路60執(zhí)行補(bǔ)償算法以移除信號(hào)誤差分量，并由此改善磁強(qiáng)計(jì)和陀螺儀輸出信號(hào)30和32的性能。固定補(bǔ)償系數(shù)可以校正溫度偏移、溫度靈敏度以及可能以其它方式對(duì)磁強(qiáng)計(jì)管芯22和陀螺儀管芯24造成不利影響的其它因素。除了誤差補(bǔ)償，根據(jù)已知方法，磁強(qiáng)計(jì)和陀螺儀電路56、60可以執(zhí)行某些處理操作以將原始的模擬磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30和原始的模擬陀螺儀輸出信號(hào)32轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。因此，磁強(qiáng)計(jì)電路56將輸出補(bǔ)償?shù)臄?shù)字輸出信號(hào)，其在本發(fā)明中被稱為標(biāo)記為MAGotp的補(bǔ)償?shù)拇艔?qiáng)計(jì)輸出信號(hào)34，其對(duì)應(yīng)于原始磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30。此外，陀螺儀電路60將輸出補(bǔ)償?shù)臄?shù)字輸出信號(hào)，其在本發(fā)明中被稱為標(biāo)記為GYROotp的補(bǔ)償?shù)耐勇輧x輸出信號(hào)36。
[0020]在MEMS器件封裝件20中，在某些操作狀態(tài)下，陀螺儀管芯24，并且更具體地說(shuō)，陀螺儀電路60抽拉電流。當(dāng)陀螺儀管芯24處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，電流抽拉可以是實(shí)質(zhì)上恒定的，其也可以被稱為實(shí)質(zhì)上的非可變。待機(jī)狀態(tài)可以是其中只有陀螺儀管芯24的基本構(gòu)件被通電的狀態(tài)。因此，陀螺儀管芯24的電流抽拉可以相對(duì)低且不變的?；蛘撸娏鞒槔梢允亲兓?，即，可變的，其中陀螺儀管芯24的附加構(gòu)件被選擇地通電，并且陀螺儀管芯24可以經(jīng)受角速度。在任何一種情況下，電流抽拉產(chǎn)生了由圖1中的彎曲線38所示的磁場(chǎng)，其可以在磁強(qiáng)計(jì)管芯22的磁場(chǎng)感測(cè)元件54處被檢測(cè)。因此，響應(yīng)于由陀螺儀管芯24的抽拉電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)38可以在磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30上強(qiáng)加信號(hào)誤差。該信號(hào)誤差是電流抽拉的振幅和可變性以及磁場(chǎng)感測(cè)元件54和陀螺儀電路60之間的距離40 (在圖1中標(biāo)記為D)的函數(shù)。該信號(hào)誤差可用安培定律表述特征，其中在電流周圍的空間磁場(chǎng)與充當(dāng)其來(lái)源的電流成正比。該信號(hào)誤差因此可通過(guò)下面的等式來(lái)表示:
[0021]B = u0*ur*I (2 r)
[0022]其中B是信號(hào)誤差，Utl和W是固定系數(shù)，I是電流，而r是距離40。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，補(bǔ)償算法在磁強(qiáng)計(jì)電路56內(nèi)執(zhí)行，并且具體地，當(dāng)陀螺儀管芯24處于操作狀態(tài)時(shí)，作為現(xiàn)有補(bǔ)償算法的輔助，以補(bǔ)償來(lái)自陀螺儀管芯24產(chǎn)生的磁場(chǎng)38的磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30上的
號(hào)誤差。
[0023]圖2顯示了另一個(gè)多刺激感測(cè)能力MEMS器件封裝件42的方框圖。如同MEMS器件封裝件20，MEMS器件封裝件42也包括磁強(qiáng)計(jì)管芯22、陀螺儀管芯24，其中磁強(qiáng)計(jì)管芯22產(chǎn)生磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30，陀螺儀管芯24產(chǎn)生陀螺儀輸出信號(hào)32，磁強(qiáng)計(jì)電路56產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)拇艔?qiáng)計(jì)輸出信號(hào)34,而陀螺儀電路60產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)耐勇輧x輸出信號(hào)36。
[0024]然而，在圖2中所示的配置中，磁強(qiáng)計(jì)管芯22和陀螺儀管芯24不處于于圖1的層疊布局中。代替地，磁強(qiáng)計(jì)管芯22和陀螺儀管芯24分別安裝在底44上彼此橫向位移標(biāo)記為D的距離46的位置處。盡管如此，當(dāng)處于操作狀態(tài)時(shí)，陀螺儀管芯24的陀螺儀電路60仍產(chǎn)生磁場(chǎng)38，而該磁場(chǎng)38仍可以在磁強(qiáng)計(jì)管芯22的磁場(chǎng)感測(cè)元件54處被檢測(cè)為磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30上的信號(hào)誤差。因此，補(bǔ)償算法也可以在MEMS傳感器器件42內(nèi)被執(zhí)行以補(bǔ)償來(lái)自陀螺儀管芯24產(chǎn)生的磁場(chǎng)38的磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30上的信號(hào)誤差。
[0025]顯然，用于補(bǔ)償磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30上的信號(hào)誤差的補(bǔ)償方法可以在具有不同結(jié)構(gòu)配置的各種多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件中實(shí)施。此外，補(bǔ)償方法可以在多軸感測(cè)配置中實(shí)施。
[0026]圖3根據(jù)一個(gè)實(shí)施例顯示了多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件50的概念方框圖。MEMS器件封裝件50可以是圖1的封裝20或者圖2的封裝42?；蛘?，MEMS器件封裝件50可以是包括至少一個(gè)單軸或多軸磁強(qiáng)計(jì)以及在特定條件下抽拉電流的另一個(gè)傳感器的任何多刺激感測(cè)MEMS器件封裝件，并且所述傳感器非常接近磁強(qiáng)計(jì)使得誤差信號(hào)可以響應(yīng)于由其它傳感器抽拉的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被強(qiáng)加在磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)上。
[0027]為了說(shuō)明的目的，MEMS器件封裝件50包括磁強(qiáng)計(jì)管芯22和陀螺儀管芯24。當(dāng)然，MEMS器件封裝件50還可以附加地包括為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)沒(méi)有在本發(fā)明描述或說(shuō)明的其它傳感器和MEMS構(gòu)件。如上所述，磁強(qiáng)計(jì)管芯22包括能夠沿著一個(gè)或多個(gè)軸感測(cè)磁場(chǎng)的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)元件54和相關(guān)的磁強(qiáng)計(jì)電路56。類似地，如上所述，陀螺儀管芯24包括能夠感測(cè)繞一個(gè)或多個(gè)軸的角速度的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)元件58和相關(guān)的陀螺儀電路60。磁強(qiáng)計(jì)管芯22和陀螺儀管芯24可以是多種單軸和多軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的任何類型。
[0028]磁強(qiáng)計(jì)電路56可以包括用于從磁強(qiáng)計(jì)管芯22的磁場(chǎng)感測(cè)元件54接收磁強(qiáng)計(jì)輸出信號(hào)30并產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)拇艔?qiáng)計(jì)輸出信號(hào)34的處理部62。陀螺儀電路60可以包括用于從陀螺儀管芯24的陀螺儀感測(cè)元件58接收陀螺儀輸出信號(hào)32并產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)耐勇輧x輸出信號(hào)36的處理部64。根據(jù)已知方法，處理部64可以以修整調(diào)整、增益、溫度偏移校正等等的形式對(duì)陀螺儀輸出信號(hào)36執(zhí)行補(bǔ)償。
[0029]處理