高電壓器件的電容測量的制作方法
【專利說明】高電壓器件的電容測量
[0001]相關(guān)申請文件的交叉引用
[0002]本專利申請要求于2013年2月13日提交的、并且題目為高電壓器件的電容測量的申請?zhí)枮?3/765,965的美國專利申請和于2012年9月17日提交的、并且題目為高電壓器件的電容測量的申請?zhí)枮?1/702，196的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。以上每一文件的內(nèi)容以引用方式全文并入此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體上涉及一種高電壓器件的電容測量，以及更具體地，涉及這樣一種高電壓器件的電容測量，它使在測量中涉及到的有源器件不會暴露于高電壓器件的高電壓。
【背景技術(shù)】
[0004]在器件的電容測量中所使用的被集成的有源器件往往局限于，進行測量時有源器件能夠暴露的電壓。電壓極限可能是由于端電壓或擊穿電壓，在沒有大量電流泄漏和有源器件的壽命顯著降低的情況下，擊穿電壓可阻止有源器件接收任何超過擊穿電壓的電壓。在現(xiàn)代技術(shù)中，常用的擊穿電壓可以在IV到1V的范圍內(nèi)。
[0005]高電壓器件一般是一種能夠工作在高于有源器件的擊穿電壓的電壓下的器件。電容式微機電系統(tǒng)(MEMS:micromechanical system)器件是此類高電壓器件的一個示例。電容式MEMS器件通過施加的電壓促進元件的移動。移動量的確影響了電容式MEMS的電容。電容式MEMS器件的電容測量難以采用傳統(tǒng)的電容測量電路進行測量，因為移動元件到特定量所需要的電壓往往大于傳統(tǒng)電容式測量電路的有源器件的擊穿電壓。
[0006]傳統(tǒng)的電容測量通過連接高電壓器件到包括有源器件的電路來進行。然而，這種連接可能極大地限制了能夠被施加到高電壓器件的電壓或者可能極大限制了使測量容易的電路的靈敏度。實際上，當(dāng)被施加到器件的電壓高于有源器件的擊穿電壓時(如電容式MEMS器件的情況下)，高電壓器件的電容測量變得不可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]下面給出簡單概述，以便提供對本發(fā)明的某些方面的基本理解。該概述并不是本發(fā)明的詳盡描述。它目的不是為了識別本發(fā)明的主要或關(guān)鍵元件，也不是為了描繪本發(fā)明或權(quán)利要求的范圍。它的目的僅僅在于用以簡化形式描述本發(fā)明的一些概念，作為稍后詳細(xì)描述的前序。
[0008]在本發(fā)明的非限定性實施例中，描述了一種在電容測量中能夠促進被施加到外部器件(例如，如電容式MEMS器件的高電壓外部器件)的高電壓的絕緣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括放大器，該放大器具有正輸入、負(fù)輸入和輸出以及兩個分別存儲高電壓的電容器。第一電容器被連接到放大器的負(fù)輸入和具有未知電容的外部器件。第二電容器被連接到放大器的輸出和外部器件。該系統(tǒng)還包括為放大器的正輸入提供低電壓的電壓源器件和連接放大器的輸出和放大器的負(fù)輸入的重置器件(reset device)。檢測器器件能夠測量作為電壓源所提供的低電壓的變化的函數(shù)和外部器件的未知電容的函數(shù)的放大器的輸出電壓的變化。
[0009]在本發(fā)明的另一非限制性實施例中，描述了一種方法，即使外部器件暴露于高電壓時，該方法也能夠促進外部器件的電容測量。該方法包括在具有未知電容的外部器件上、在放大器的負(fù)輸入和外部器件之間的第一電容器上以及在放大器的輸出和外部器件之間的第二電容器上存儲高電壓。然后低電壓被施加到放大器的正輸入。放大器的輸出的電壓和放大器的負(fù)輸入的電壓通過重置器件被驅(qū)動到相等的低電壓。被施加在放大器的正輸入的低電壓可以被改變，并且放大器的輸出的電壓變化可以被測量。在放大器的輸出處的電壓變化正比于未知電容和被施加在放大器的正輸入處的電壓變化。
[0010]在本發(fā)明的另一非限制性實施例中，描述了一種電容測量電路。即使在外部器件暴露于高電壓時，該電容測量電路也可用以測量外部器件的電容。該電容測量電路包括放大器，該放大器包括正輸入、負(fù)輸入和輸出、被連接到放大器的負(fù)輸入和具有未知電容的外部器件并且用以存儲高電壓的第一電容器，以及被連接到放大器的輸出和外部器件并用以存儲高電壓的第二電容器。該電容測量電路還包括重置器件，該重置器件連接放大器的輸出和放大器的負(fù)輸入，并且促進將放大器的輸出和放大器的負(fù)輸入驅(qū)動到由電壓源器件提供給放大器的正輸入的低電壓。因此，在放大器的輸出電壓中的變化作為電壓源所提供電壓的變化的結(jié)果是外部器件的未知電容的函數(shù)。
[0011]下面的描述和附圖詳細(xì)闡述了本發(fā)明的某些示例性方面。然而，這些方面表明了創(chuàng)新原理可以被應(yīng)用的不同方式的一部分。本發(fā)明目的是要包括所有這些方面和它們的等效形式。從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其他的優(yōu)點和顯著特征將會更明顯。
【附圖說明】
[0012]參照下面的附圖對本發(fā)明的非限定性和非窮舉的實施例進行描述，其中在所有的視圖中，相同附圖標(biāo)記指代相同的部件，除非另外特別指出。
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的促進外部器件電容測量的示例系統(tǒng)的示意圖；
[0014]圖2-圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的促進具有不同類型重置器件的外部器件的電容測量的系統(tǒng)示意圖；
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的促進外部器件的電容測量的更詳細(xì)系統(tǒng)示例的示意圖；
[0016]圖6-圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的促進具有不同類型連接器件的外部器件的電容測量的更詳細(xì)系統(tǒng)的示意圖；
[0017]圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的促進外部器件的電容測量的另一示例系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的促進外部器件的電容測量的又一示例系統(tǒng)的示意圖；
[0019]圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例的促進外部器件的電容測量的方法流程圖；
[0020]圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的更促進外部器件的電容測量的更詳細(xì)方法的流程圖；
[0021]圖13是能夠促進根據(jù)本發(fā)明所描述的實施例的系統(tǒng)和方法的應(yīng)用的示例集成電路；以及
[0022]圖14是促進根據(jù)本發(fā)明所描述的實施例的系統(tǒng)和方法的應(yīng)用的集成電路中的元件示例配置。
【具體實施方式】
[0023]在下面的描述中，許多具體的細(xì)節(jié)被詳細(xì)解釋，以提供對本發(fā)明的實施例的完全透徹的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，無需一個或多個具體的細(xì)節(jié)描述或者使用其他的方法、部件、材料等，本文中所描述的實施例也能夠被實施。在其他情況下，已知的結(jié)構(gòu)、材料或操作未示出或未詳細(xì)描述，是為了避免混淆特定方面。
[0024]文中所描述的是促進外部電壓器件的電容測量的系統(tǒng)和方法，其中該外部電壓器件工作在高電壓下(高電壓器件)同時能夠防護在電容測量中所涉及的有源器件免受高電壓影響。該系統(tǒng)和方法能夠，例如，被用于可在高于測量中所涉及到的有源器件的擊穿電壓的電壓下工作的高電壓器件的電容測量中。被施加到高電壓器件上的電壓并不局限于基于有源器件的擊穿電壓。因此，該系統(tǒng)和方法能夠避免測量原理中的精度損失，同時避免額外電極或微分測量系統(tǒng)，從而降低成本以及縮小尺寸。
[0025]現(xiàn)參照圖1，說明的是根據(jù)本發(fā)明的實施例的促進外部器件106的電容測量的示例系統(tǒng)100的示意圖，其中外部器件106的電容是未知的，并且外部器件106是高電壓器件。系統(tǒng)100通過防護促進電容測量的有源元件(例如，放大器102 ;包括晶體管和其他集成電路元件的其他示例)免受不受有源器件的固有電壓極限影響的外部器件106的高電壓影響，來促進電容的測定(determinat1n)(或測量)。
[0026]在實施例中，外部器件106是高電壓器件，該高電壓器件在高于促進電容測量的有源器件的固有電壓極限的電壓下工作。有源器件的固有電壓極限可以是擊穿電壓。例如，高電壓大于有源器件的擊穿電壓。大于擊穿電壓的電壓會導(dǎo)致有源器件的失效、電流泄漏和有源元件壽命的降低。在現(xiàn)代技術(shù)中，擊穿電壓可以在IV到1V的范圍內(nèi)，并且高電壓是大于IV到1V的范圍的電壓。
[0027]高電壓器件的一個示例是電容式MEMS器件。一般來說，高電壓被施加到電容式MEMS器件使得電容式MEMS器件的元件可以根據(jù)該電壓進行移動。根據(jù)MEMS器件的電容，可以確定其元件的位置。
[0028]為了將有源器件(放大器102)與高電壓絕緣，系統(tǒng)100采用兩個電容器104和108，用以存儲外部器件106的高電壓，而不讓有源器件(放大器102)經(jīng)受高電壓。系統(tǒng)100不同于僅使用簡單的電容分壓器以促進外部器件106的電容測量的系統(tǒng)。簡單的電容分壓器可確保由檢測器器件114所檢測的電容值可按電容器的比率劃分，從而降低了采集電路的靈敏度，并提供了強非線性讀數(shù)。反之，系統(tǒng)100也利用放大器102