[发明专利]检测微电子机械系统加速度传感器芯片的特性的方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及传感器检测领域，特别是涉及检测微电子机械系统加速度传感器芯片的特性的方法、装置和系统。

背景技术

微电子机械系统（MEMS，Micro Electro Mechanical System）加速度传感器芯片是一种通过微加工工艺在硅片上加工成形的惯性测量元件。MEMS加速度传感器芯片可以分为以下几类：压阻式、压电式、谐振式、热电偶式和电容式。

通常，在设计完成一个MEMS加速度传感器芯片后，还需要进一步对该MEMS加速度传感器芯片的特性进行检测，以确定该MEMS加速度传感器芯片是否符合设计要求。一般情况下，是通过对该MEMS加速度传感器芯片的谐振频率、阻尼比和品质因数进行检测，来确定该MEMS加速度传感器芯片是否符合设计要求。如果该MEMS加速度传感器芯片的谐振频率检测值、阻尼比检测值和品质因数检测值与相应的谐振频率理论设计值、阻尼比理论设计值和品质因数理论设计值之间的差值在合理的误差范围内，即确定该MEMS加速度传感器芯片符合设计要求。否则，即可确定该MEMS加速度传感器芯片不符合设计要求。

但是，在实现本发明的过程中，本发明的发明人发现其它检测方法中至少存在如下问题：对该MEMS加速度传感器芯片的谐振频率、阻尼比和品质因数的检测是建立在假定该MEMS加速度传感器芯片的结构不存在任何问题（即，该MEMS加速度传感器芯片为只有两个极点的欠阻尼二阶线性系统）的前提下，而当该MEMS加速度传感器芯片的结构存在问题时，例如，结构不理想或者不正确，而通过对该MEMS加速度传感器芯片的谐振频率、阻尼比和品质因数进行检测并不会发现结构上的问题，从而导致对MEMS加速度传感器芯片特性的检测不全面，影响了特性检测的准确性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了检测微电子机械系统加速度传感器芯片的特性的方法、装置和系统，以确定微电子机械系统加速度传感器芯片的结构是否出现问题，根据所述MEMS加速度传感器芯片的开环频率特性测试数据，计算得到所述MEMS加速度传感器芯片的开环传递函数的极点和零点值，确定MEMS加速度传感器芯片的开环传递函数，判定MEMS加速度传感器芯片是否满足误差允许范围，并可指导优化MEMS加速度传感器的闭环控制系统。

本发明实施例公开了如下技术方案：

一种检测微电子机械系统加速度传感器芯片的特性的方法，包括：

根据微电子机械系统MEMS加速度传感器芯片在不同振动频率下的输入信号和输出信号，拟合所述MEMS加速度传感器芯片的开环频率特性；其中，所述输入信号为对输入到所述MEMS加速度传感器芯片的振动变化量进行转换后所得到的电压信号，所述输出信号为对所述MEMS加速度传感器芯片输出的电容变化量进行转换后所得到的电压信号；

将所述MEMS加速度传感器芯片的开环频率特性与理想状态下的MEMS加速度传感器芯片的开环频率特性进行比较，确定所述MEMS加速度传感器芯片的结构是否存在问题。

优选的，施加在所述MEMS加速度传感器芯片的上下两个固定电极的驱动电压为时钟信号，并且，在一个时钟周期的第一个时间段内，向所述MEMS加速度传感器芯片的上下两个固定电极上分别施加正向驱动电压和负向驱动电压，在一个时钟周期的第二个时间段内，向所述MEMS加速度传感器芯片的上下固定电极施加的驱动电压为零。

优选的，还包括：

根据所述MEMS加速度传感器芯片的开环频率特性，得到所述MEMS加速度传感器芯片的开环传递函数的所有极点和零点值，如果根据所述MEMS加速度传感器芯片的开环频率特性确定所述MEMS加速度传感器芯片的结构不存在问题，从所有极点和零点值中筛选出两个主导极点值，并根据所述两个主导极点值确定MEMS加速度传感器芯片的近似开环传递函数；

根据所述MEMS加速度传感器芯片的近似开环传递函数，计算得到所述MEMS加速度传感器芯片的谐振频率、阻尼比和品质因数。

优选的，还包括：

针对筛选后剩余的极点和零点值，根据剩余的极点和零点值判断所述MEMS加速度传感器芯片是否满足误差允许范围，并根据所述剩余的极点和零点值指导优化MEMS加速度传感器的闭环控制系统。

优选的，所述第一时间段与一个时钟周期的比值为1/16。

一种检测微电子机械系统加速度传感器芯片的特性的装置，包括：