[发明专利]电容性传感器测试

说明书

本发明涉及电容性传感器测试。提供了传感器设备和方法，其中测试信号被施加到电容性传感器。此外，偏置电压经由高阻抗组件而被施加到电容性传感器。用于施加测试信号的路径排除高阻抗组件。使用该测试信号，在一些实现方式中，可以检测电容性传感器的电容不平衡性。

技术领域

本申请涉及与电容性传感器的测试有关的设备和方法。

背景技术

电容性传感器（也称为电容性换能器）对要通过传感器的电容的改变而测量的物理量做出响应，该改变进而可以被适当的读出电路检测。这样的电容性传感器的示例包括压强传感器或麦克风。近来，这样的电容性传感器已经越来越多地被实现为微机电系统（MEMS），其中传感器本身连同附加电路一起可以例如被实现在单个硅芯片管芯上。具有两个或更多分离的管芯（例如，一个管芯具有机械传感器并且一个管芯具有电子电路）的实现方式。在这样的情况下，分离的管芯可以例如利用其他技术（比如硅穿孔（TSV））而引线接合或连接。

这样的电容性传感器通常包括可移动膜以及一个或多个背板，在该膜与该一个或多个背板之间形成电容。要测量的物理量（例如，压强或声音）使该膜移动，从而改变该膜与该一个或多个背板之间的电容。在差分实现方式中，膜被布置在两个背板之间，从而形成两个电容。当膜移动时，（处于膜与背板中的一个之间的）电容之一增加，而（在膜与背板中的另一个之间形成的）另一个电容减小。为了读出传感器，将偏置施加到电容。电容的改变然后引起输出信号。

存在用于读取这样的电容性传感器的各种一般方案。第一方案在本文中被称为恒定电压偏置。在该方案中，偏置电压被保持为恒定，并且电容的改变使电流流动，其充当输出信号。另一个方案在本文中被称为恒定电荷偏置。此处，电容经由高阻抗连接而偏置。当电容改变时，电容上的电荷至少在电容变化的典型时间尺度上保持实质上恒定，这是因为：由于高阻抗，电荷不能足够快地离开电容。这引起电压信号的生成，该电压信号可以经由高阻抗放大器而读出。

当制造这样的电容性传感器时，电容可以例如由于工艺变化而变化。此外，在差分传感器的情况下，在以上提及的膜的静止位置中可具有名义上相等的值的电容可能由于这样的工艺变化而事实上具有不同值。出于这些和其他原因，对传感器进行测试例如以便测量电容或电容之间的差异是合期望的。

已经针对这样的测量做出各种方案，其通常涉及将测试信号施加到传感器。虽然这些方案中的许多相当适合于正在恒定电压偏置方案中使用的传感器，但它们可能不完全适合于恒定电荷偏置方案。特别地，在恒定电荷偏置方案中，可能处于GΩ范围或更高范围中的所使用的高阻抗实际上充当具有比较慢的时间常量的滤波器，这使施加合适的测试信号而不干扰传感器的实际操作变得困难。

发明内容

根据一方面，提供了一种传感器设备，包括：电容性传感器；以及电压源，其被配置成提供偏置电压。电压源经由高阻抗组件耦合到电容性传感器的端子，所述高阻抗组件提供至少1MΩ的欧姆电阻。传感器设备还包括测试信号生成器，其被配置成提供测试信号，其中测试信号生成器经由不包括高阻抗组件的路径耦合到电容性传感器的端子。

根据另一方面，提供了一种方法，包括：经由高阻抗组件将偏置电压施加到电容性传感器的端子，所述高阻抗组件具有至少1MΩ的欧姆电阻；以及经由排除高阻抗组件的路径将测试信号施加到电容性传感器。

根据又一方面，提供了一种传感器设备，包括：差分电容性传感器，其包括第一可变电容和第二可变电容；以及偏置电压源。偏置电压源与高阻抗组件的第一端子耦合，并且高阻抗组件的第二端子与第一可变电容和第二可变电容之间的节点耦合。传感器还包括测试信号生成器，其中测试信号生成器的输出与交流电（AC）耦合电容的第一端子耦合，并且AC耦合电容的第二端子与第一高阻抗组件的第二端子耦合。又进一步，所述传感器设备包括耦合在第一可变电容和参考电压之间的第二高阻抗组件、耦合在第二可变电容和参考电压之间的第三高阻抗组件、耦合到第一可变电容的第一高阻抗放大器以及耦合到第二可变电容的第二高阻抗放大器。