电容式mems装置
【技术领域】
1.本实用新型涉及mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)器件领域，尤其涉及一种电容式mems装置。
背景技术：
2.为了保证mems装置的正常系统，所述mems装置通常都包括有自检系统。现有技术中，mems装置的自检都是通过使用一对额外的自检电极，并在此对自检电极上施加电压来产生静电力完成的。额外设置的自检电极带来了电路面积的增加，提高了生产成本。此外，现有的mems装置还需要设置单独的自检电路，这同样提高了成本。
3.因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。
技术实现要素：
4.本实用新型的目的之一在于提供一种复用电极的电容式mems装置，其不需要增加任何额外电极就可以完成mems装置的自检，避免了增加额外电极带来的电路面积增加。
5.为解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出一种电容式mems装置，其包括：mems器件，其包括检测电容，所述检测电容包括第一电极、第二电极和质量块；检测电路，其包括第一输入端、第二输入端和输出端；与第一电极耦接的第一开关电路，其选择性的将第一电极耦接至所述检测电路的第一输入端或第一电源端；与第二电极耦接的第二开关电路，其选择性的将第二电极耦接至所述检测电路的第二输入端或第二电源端；在自检的第一阶段时，控制第一开关电路将第一电极耦接至第一电源端，控制第二开关电路将第二电极耦接至第二电源端；在自检的第二阶段时，控制第一开关电路将第一电极耦接至所述检测电路的第一输入端，控制第二开关电路将第二电极耦接至所述检测电路的第二输入端，所述检测电路对第一电极和第二电极的信号进行检测并输出自检响应信号，基于所述自检响应信号确定所述mems器件是否功能正常。
6.本实用新型与现有技术相比，本实用新型通过复用检测电容的电极，通过所述检测电容的电极进行自检，这样就不需要增加任何额外电极就可以完成mems装置的自检，避免了增加额外电极带来的电路面积增加。此外，还可以提高了mems器件的灵敏度。
【附图说明】
7.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
8.图1为本实用新型中的电容式mems装置在一个实施例中的结构示意图；
9.图2为本实用新型中的电容式mems装置在自检的第一阶段时的结构示意图；
10.图3为本实用新型中的电容式mems装置在自检的第二阶段时的结构示意图；
11.图4为本实用新型中的电容式mems装置在自检时得到的符合预定条件的自检响应信号的示意图。
【具体实施方式】
12.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
13.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
14.在本实用新型中，除非特别说明，本文中的连接、相连、相接、耦接等表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。例如，a与b相连，可以是a与b直接连接，也可以是a与b通过中间媒介间接相连，所述中间媒介可以是基本电气元件(电阻、电容、电感、开关、晶体管等)，也可以是具有一定功能的电阻，比如滤波器、放大器等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
15.本实用新型提供一种复用电极的电容式mems装置，其不需要增加任何额外电极就可以完成mems装置的自检，避免了增加额外电极带来的电路面积增加。
16.图1为本实用新型中的电容式mems装置100在一个实施例中的结构示意图。如图1所示的，所述电容式mems装置100包括mems器件110和电路部分120。
17.所述mems器件110包括检测电容，所述检测电容包括第一电极p、第二电极n和质量块113。所述电路部分120包括与第一电极p耦接的第一开关电路121、与第二电极n耦接的第二开关电路122以及检测电路123。所述检测电路123包括第一输入端swp、第二输入端swn和输出端out。第一开关电路121选择性的将第一电极p耦接至所述检测电路123的第一输入端或第一电源端，第二开关电路122选择性的将第二电极p耦接至所述检测电路123的第二输入端或第二电源端。
18.具体的，第一电源端与电源电压avdd或接地端gnd中的一个耦接，第二电源端与电源电压avdd或接地端gnd中的另一个耦接。在图1所示的示例中，第一电源端与电源电压avdd耦接，第二电源端与接地端gnd耦接。在另一个实施例中，第一电源端可以与接地端gnd耦接，第二电源端与电源电压avdd耦接。当然，第一电源端和第二电源端还可以有其他接法。
19.所述检测电容可以包括一个电容，也可以包括差分电容对。在各个图中，均以所述检测电容包括差分电容对为例进行介绍。此外，需要注意的是，图1只是示意性的显示了所述mems器件110的原理结构，有关mems器件110的详细结构以设计实施为准，由于这部分内容不是本实用新型的重点，因此这里不再赘述。
20.如图1所示的，所述检测电容还包括与第一电极p耦接的第一电容极板111、与第二电极n耦接的第二电容极板112以及与所述质量块113耦接的第三电极apm。所述质量块113与第一电容极板111构成第一差分电容cp，所述质量块113与第二电容极板112构成第二差分电容cn，第一差分电容cp与第二差分电容cn组成所述差分电容对。在所述质量块113移动时，第一差分电容cp和第二差分电容cn的电容值中的一个增加，而另一个减小。通常来讲，所述差分电容对的电容值为第一差分电容cp和第二差分电容cn的电容值的差，所述质量块
113位于平衡位置时，差分电容对的电容值为0，所述质量块113偏离所述平衡位置越远，所述差分电容对的电容值的绝对值越大。可以用所述差分电容对的电容值的正负来表示所述质量块113位移的方向。
21.在所述电容式mems装置100正常工作时，第一开关电路121将第一电极p耦接至所述检测电路123的第一输入端，第二开关电路122将第二电极p耦接至所述检测电路123的第二输入端。
22.下面介绍一下所述电容式mems装置的自检原理。在本实用新型中，所述自检包括两个阶段。图2为本实用新型中的电容式mems装置在自检的第一阶段时的结构示意图。图3为本实用新型中的电容式mems装置在自检的第二阶段时的结构示意图。
23.所述电容式mems装置100还包括与第三电极apm耦接的第三开关电路(未图示)。
24.如图2所示的，在自检的第一阶段时，控制第一开关电路121将第一电极p耦接至第一电源端，控制第二开关电路122将第二电极n耦接至第二电源端，如图1所示的，此时第一电源端与电源电压avdd耦接，第二电源端与接地端gnd耦接。另外，在自检的第一阶段时，控制第三开关电路将第三电极apm耦接至电源电压avdd或接地端gnd中的一个，如图1所示的，此时第三电极apm耦接至电源电压avdd。在自检的第一阶段，在电场的作用下所述质量块113会移动以偏离平衡位置。具体的，所述质量块113会朝向第二电容极板112移动。第一差分电容cp和第二差分电容cn的电容发生相反的变化，即cn的电容增大，cp的电容减小，即差分电容对的电容值的绝对值由0逐渐增大。在第一阶段维持一定的时长。
25.如图3所示的，在自检的第二阶段时，控制第一开关电路121将第一电极p耦接至所述检测电路123的第一输入端，控制第二开关电路122将第二电极n耦接至所述检测电路123的第二输入端，控制第三开关电路将第三电极apm耦接至交流驱动信号，此时所述交流驱动信号与mems装置在正常工作时第三电极apm耦接的交流驱动信号相同。此时，所述质量块113回复至平衡位置，第一电极p和第二电极n的信号反应第一差分电容和第二差分电容的电容变化，进而反映所述质量块113的位置。即理论上来讲，在第二阶段所述差分电容对的电容值的绝对值会由一个较大的值逐渐衰减为0。
26.如图3所示的，在自检的第二阶段时，所述检测电路123对第一电极p和第二电极n的信号进行检测并输出自检响应信号，基于所述自检响应信号确定所述mems器件110是否功能正常。所述检测电路123包括模数转换器adc和滤波器filter。所述模数转换器的第一输入端耦接至所述检测电路123的第一输入端，所述模数转换器的第二输入端耦接至所述检测电路123的第二输入端，所述模数转换器的输出端耦接至滤波器的输入端，所述滤波器的输出端耦接至所述检测电路123的输出端。所述滤波器可以是低通滤波器。所述检测电路123还可以包括位于模数转换器adc之前的信号放大器。
27.在一个实施例中，如果所述自检响应信号满足预定条件，则认为所述mems器件功能正常，自检通过。如果所述自检响应信号不满足预定条件，则认为所述mems器件不正常，自检未通过。图4为本实用新型中的电容式mems装置100在自检时得到的符合预定条件的自检响应信号的示意图。如图4所示，纵坐标表示所述差分电容对的电容值的绝对值，横坐标表示时间，所述差分电容对的电容值的绝对值由一个较大的值逐渐衰减为0。如果自检响应信号出现持续为某一固定值，或不能到预定的最大值，或者不能返回到0等情况，则认为所述mems器件不正常，自检未通过。
28.在一个替换的实施例中，在所述mems器件用于陀螺仪的应用时，在自检的第二阶段时，可以控制第三开关电路将第三电极apm耦接至直流电压信号，此时所述直流电压信号与mems装置在正常工作时第三电极apm耦接的直流电压信号相同。
29.在另一个替换的实施例中，所述检测电容只包括一个电容，那么所述检测电容则只有第一电极p和第二电极n，不包括第三电极，所述质量块113可以作为第一电容极板111和第二电容极板112中的一个。
30.本实用新型通过复用检测电容的电极，通过所述检测电容的电极进行自检，这样就不需要增加任何额外电极就可以完成mems装置的自检，避免了增加额外电极带来的电路面积增加。此外，还可以提高了mems器件的灵敏度。
31.根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提出一种基于上文所述的电容式mems装置100的自检方法。
32.所述自检方法包括：
33.步骤一：在自检的第一阶段时，控制第一开关电路将第一电极耦接至第一电源端，控制第二开关电路将第二电极耦接至第二电源端，在电场的作用下所述质量块移动以偏离平衡位置；
34.步骤二：在自检的第二阶段时，控制第一开关电路将第一电极耦接至所述检测电路的第一输入端，控制第二开关电路将第二电极耦接至所述检测电路的第二输入端，所述质量块回复至平衡位置，第一电极和第二电极的信号反应所述质量块的位置。所述检测电路对第一电极和第二电极的信号进行检测并输出自检响应信号，基于所述自检响应信号确定所述mems器件是否功能正常。
35.在一个实施例中，第一电源端与电源电压或接地端中的一个耦接，第二电源端与电源电压或接地端中的另一个耦接。如果所述自检响应信号满足预定条件，则认为所述mems器件功能正常，自检通过，如果所述自检响应信号不满足预定条件，则认为所述mems器件不正常，自检未通过。
36.关于所述自检方法的更多内容，请参看电容式mems装置100的相关描述，此处不再赘述。
37.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
38.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。