專利名稱：基于差分方法的mems器件信號(hào)檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，具體涉及一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路。
背景技術(shù)：
MEMS器件基于硅微加工技術(shù)，器件中通常包含微小的機(jī)械結(jié)構(gòu)。以固支梁結(jié)構(gòu)的 MEMS濾波器為例，該器件使用微加工技術(shù)在微米甚至是亞微米的尺度上制作可動(dòng)的諧振 梁，梁在電激勵(lì)信號(hào)的作用下發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的頻率與諧振梁的頻率一致時(shí)諧振梁 振動(dòng)幅度最大，通過外部電路將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，即通過諧振梁的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)選頻和濾 波的功能，器件由靜電驅(qū)動(dòng)，耗能極?。还栉C(jī)械結(jié)構(gòu)Q值非常高，因此器件的濾波性能出 眾；器件的制作工藝與微電子工藝兼容，器件尺度極小，因此可以與集成電路集成在一起。 MEMS器件出色的性能賦予它未來極為廣闊的應(yīng)用前景。在使用器件或者測(cè)量器件的電學(xué)特 性(如幅頻特性、相頻特性等)時(shí)，需要將器件壓焊或者封裝。但是源于MEMS器件極小的 尺度(納米量級(jí)到微米量級(jí))，器件的輸出信號(hào)非常微弱，此時(shí)由器件夾具、器件本身結(jié)構(gòu) 材料等寄生效應(yīng)引入的干擾信號(hào)與器件的有效輸出信號(hào)摻雜在一起，甚至完全淹沒器件的 有效輸出信號(hào)，致使器件無法使用，器件的真實(shí)性能無法測(cè)量出來。本發(fā)明使用差分的方法來消除干擾信號(hào)。使用器件或測(cè)量器件的特性時(shí)，同時(shí)使 用兩組器件，其中一組處于正常工作狀態(tài)，這一組器件的總的輸出信號(hào)包含干擾信號(hào)和有 效信號(hào)。另一組器件的壓焊或者封裝方式與第一組相同，但是不處于工作狀態(tài)，因此這一組 器件的總的輸出信號(hào)只有干擾信號(hào)。這兩組輸出信號(hào)進(jìn)行差分，兩組輸出信號(hào)中的干擾信 號(hào)互相抵消，有效信號(hào)即被有效的提取出來。對(duì)于輸出信號(hào)極小而容易受到干擾的MEMS器 件來說，本發(fā)明提供了 一種行之有效的檢測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，電路同時(shí)使 用兩組相同或者相似的MEMS器件，為兩組相同或者相似的MEMS器件分別提供激勵(lì)信號(hào)并 檢測(cè)和處理相應(yīng)的輸出信號(hào)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)分別存在一定的相位關(guān)系，同時(shí)，兩組相 同或者相似的MEMS器件在測(cè)試和使用時(shí)，其夾具的連接以及結(jié)構(gòu)材料等保持一致，從而使 干擾信號(hào)互相抵消。本發(fā)明提供一種一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包括一信號(hào)源；—跟隨器，該跟隨器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以跟隨信號(hào)源的變化；一第一器件夾具，該第一器件夾具的一端與跟隨器的輸出端連接，以提供一路與 信號(hào)源同相的激勵(lì)信號(hào)；一反相器，該反相器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以將信號(hào)源的輸出信號(hào)反 相；一第二器件夾具，該第二器件夾具的一端與反相器的輸出端連接，以提供一路與信號(hào)源反相的激勵(lì)信號(hào)；一跨阻放大器，該跨阻放大器的輸入端與第一器件夾具及第二器件夾具的另一端 連接，以將第一器件夾具與第二器件夾具的電流之和轉(zhuǎn)化為電壓。其中第一器件夾具和第二器件夾具的輸入信號(hào)反相，輸出信號(hào)疊加；該輸入信號(hào) 的反相由反相器實(shí)現(xiàn)。其中輸出信號(hào)的疊加由第一器件夾具和第二器件夾具的輸出信號(hào)送入跨阻放大 器實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明還提供一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包括一信號(hào)源；一跟隨器，該跟隨器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以跟隨信號(hào)源的變化；一第一器件夾具，該第一器件夾具的一端與跟隨器的輸出端連接，以提供一路與 信號(hào)源同相的激勵(lì)信號(hào)；一反相器，該反相器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以將信號(hào)源的輸出信號(hào)反 相；一第二器件夾具，該第二器件夾具的一端與反相器的輸出端連接，以提供一路與 信號(hào)源反相的激勵(lì)信號(hào)；一求和運(yùn)算放大器，該求和運(yùn)算放大器的一輸入端與第一器件夾具的另一端連 接；該求和運(yùn)算放大器的另一輸入端與第二器件夾具的另一端連接，以將第一器件夾具與 第二器件夾具的輸出信號(hào)求和并轉(zhuǎn)化為電壓。其中第一器件夾具和第二器件夾具的輸入信號(hào)反相，輸出信號(hào)疊加；該輸入信號(hào) 的反相由反相器實(shí)現(xiàn)。其中輸出信號(hào)的疊加由第一器件夾具和第二器件夾具的輸出信號(hào)送入求和運(yùn)算 放大器實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以消除由夾具、連接夾具和器件的鍵合線以及結(jié)構(gòu)材料等產(chǎn) 生的寄生電容、穿通電容、背景噪聲等帶來的干擾信號(hào)，有效提取MEMS器件極小的輸出信號(hào)。


為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后， 其中圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的原理框圖。圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的原理框圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包 括一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包括一信號(hào)源 11;一跟隨器12，該跟隨器12的輸入端與信號(hào)源11的輸出端連接，以跟隨信號(hào)源11的變化；一第一器件夾具13，該第一器件夾具13的一端與跟隨器12的輸出端連接，以提供 一路與信號(hào)源11同相的激勵(lì)信號(hào)；一反相器14，該反相器14的輸入端與信號(hào)源11的輸出端連接，以將信號(hào)源11的 輸出信號(hào)反相；一第二器件夾具15，該第二器件夾具15的一端與反相器14的輸出端連接，以提供 一路與信號(hào)源11反相的激勵(lì)信號(hào)；一跨阻放大器16，該跨阻放大器16的輸入端與第一器件夾具13及第二器件夾具 15的另一端連接，以將第一器件夾具13與第二器件夾具15的電流之和轉(zhuǎn)化為電壓。所述的基于差分方法的MEMS信號(hào)檢測(cè)電路，其中第一器件夾具13和第二器件夾 具15的輸入信號(hào)反相，輸出信號(hào)疊加；該輸入信號(hào)的反相由反相器14實(shí)現(xiàn)。所述的基于差分方法的MEMS信號(hào)檢測(cè)電路，其中輸出信號(hào)的疊加由第一器件夾 具13和第二器件夾具15的輸出信號(hào)送入跨阻放大器16實(shí)現(xiàn)的。請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明提供一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包 括一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包括一信號(hào)源 11;一跟隨器12，該跟隨器12的輸入端與信號(hào)源11的輸出端連接，以跟隨信號(hào)源11 的變化；一第一器件夾具13，該第一器件夾具13的一端與跟隨器12的輸出端連接，以提供 一路與信號(hào)源11同相的激勵(lì)信號(hào)；一反相器14，該反相器14的輸入端與信號(hào)源11的輸出端連接，以將信號(hào)源11的 輸出信號(hào)反相；一第二器件夾具15，該第二器件夾具15的一端與反相器14的輸出端連接，以提供 一路與信號(hào)源11反相的激勵(lì)信號(hào)；—求和運(yùn)算放大器沈，該求和運(yùn)算放大器沈的一輸入端與第一器件夾具13的另 一端連接；該求和運(yùn)算放大器26的另一輸入端與第二器件夾具15的另一端連接，以將第一 器件夾具I3與第二器件夾具I5的輸出信號(hào)求和并轉(zhuǎn)化為電壓。所述的基于差分方法的MEMS信號(hào)檢測(cè)電路，其中第一器件夾具13和第二器件夾 具15的輸入信號(hào)反相，輸出信號(hào)疊加；該輸入信號(hào)的反相由反相器14實(shí)現(xiàn)。所述的基于差分方法的MEMS信號(hào)檢測(cè)電路，其中輸出信號(hào)的疊加由第一器件夾 具13和第二器件夾具15的輸出信號(hào)送入求和運(yùn)算放大器沈?qū)崿F(xiàn)。第一器件夾具I3和第二器件夾具15用于固定待測(cè)的MEMS器件并連接器件和外 部的測(cè)試電路，通常情況下，如果待測(cè)的MEMS器件尚未封裝，則需要通過金絲球壓焊將器 件連接至測(cè)試電路；夾具的引入一方面是測(cè)試平臺(tái)所必需的組成部分，另一方面則引入了 對(duì)測(cè)試的干擾。MEMS器件分別固定于第一器件夾具13和第二器件夾具15上，MEMS器件本身，源 于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，會(huì)造成信號(hào)的饋通，也就是說有一部分輸入信號(hào)通過其本身的結(jié)構(gòu)中的 寄生電容和寄生電阻，在沒有參與到器件工作的情況下，直接泄漏至輸出端，從而對(duì)器件的測(cè)試造成干擾。MEMS器件在通常情況下有效輸出信號(hào)非常小，因此上述兩種干擾是影響MEMS器 件測(cè)試的主要干擾，本發(fā)明即通過差分的方法構(gòu)成測(cè)試電路將這兩種干擾去除，以得到較 純凈的MEMS器件有效輸出信號(hào)。圖1是本發(fā)明實(shí)施例的原理框圖。信號(hào)源11經(jīng)過跟隨器12、反相器14分成兩路 幅度相同、相位相反的信號(hào)，分別作為第一器件夾具13和第二器件夾具15的輸入信號(hào)(此 例中第一器件夾具13和第二器件夾具15上安裝的MEMS器件的輸出信號(hào)均為電流信號(hào))， 需要測(cè)試MEMS器件時(shí)，將MEMS器件固定到第一器件夾具13和第二器件夾具15上，其中第 一器件夾具13上固定的MEMS器件處于正常工作狀態(tài)，此時(shí)，第一器件夾具13的輸出信號(hào) 包含有效信號(hào)以及夾具等產(chǎn)生的干擾信號(hào)，第二器件夾具15上安裝的MEMS器件處于不工 作狀態(tài)，因此其輸出信號(hào)僅為干擾信號(hào)，且與第一器件夾具13輸出信號(hào)中的干擾信號(hào)相位 相反，兩路信號(hào)連接后干擾信號(hào)抵消，隨后經(jīng)過跨阻放大器16將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào) 供測(cè)試使用。 信號(hào)源11，為兩組MEMS器件提供激勵(lì)。跟隨器12，跟隨激勵(lì)信號(hào)11，輸出與激勵(lì)源信號(hào)同相的信號(hào)以激勵(lì)第一器件夾具 13上固定的MEMS器件。反相器14，提供與激勵(lì)信號(hào)11反相、同等幅度的信號(hào)以激勵(lì)第二器件夾具15上固 定的MEMS器件。其中第一器件夾具13和第二器件夾具15用來固定MEMS器件，并提供必要的連接 從而使MEMS器件和外部測(cè)試電路連接起來，構(gòu)成器件的測(cè)量平臺(tái)。跨阻放大器16，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并輸出。當(dāng)?shù)谝黄骷A具13和第二器 件夾具15上固定的MEMS器件輸出信號(hào)為電流信號(hào)時(shí)，兩路電流直接進(jìn)入跨阻放大器16后 被轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從跨阻放大器16的輸出端輸出，以供測(cè)量需要。圖2是另一種簡單的實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。信號(hào)源11，為兩組MEMS器件提供激勵(lì)。跟隨器12，跟隨激勵(lì)信號(hào)11，輸出與激勵(lì)源信號(hào)同相的信號(hào)以激勵(lì)第一器件夾具 13上固定的MEMS器件。反相器14，提供與激勵(lì)信號(hào)11反相、同等幅度的信號(hào)以激勵(lì)第二器件夾具15上固 定的MEMS器件。其中第一器件夾具13和第二器件夾具15用來固定MEMS器件，并提供必要的連接 從而使MEMS器件和外部測(cè)試電路連接起來，構(gòu)成器件的測(cè)量平臺(tái)。求和運(yùn)算放大器沈，對(duì)第一器件夾具13、第二器件夾具15的輸出信號(hào)進(jìn)行求和。 第一器件夾具13上固定的MEMS器件與第二器件夾具15上固定的MEMS器件的輸出信號(hào)可 以是電壓信號(hào)或者電流信號(hào)；第一器件夾具13的輸出端連接求和運(yùn)算放大器沈的一個(gè)輸 入端，第二器件夾具15的輸出端連接求和運(yùn)算放大器沈的另一個(gè)輸入端，由求和運(yùn)算放大 器26完成信號(hào)的求和并輸出以供測(cè)量需要。雖然已參照具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理框圖進(jìn)一步詳細(xì)描述了本發(fā)明一種基于差分 方法的MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))器件信號(hào)檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)情況，但這些描述僅是說明性和示例 性的，并非對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)于那些熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言應(yīng)能理解，可對(duì)其形式和細(xì)節(jié)做出多種可能的改型和變化，而不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包括一信號(hào)源；一跟隨器，該跟隨器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以跟隨信號(hào)源的變化；一第一器件夾具，該第一器件夾具的一端與跟隨器的輸出端連接，以提供一路與信號(hào) 源同相的激勵(lì)信號(hào)；一反相器，該反相器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以將信號(hào)源的輸出信號(hào)反相；一第二器件夾具，該第二器件夾具的一端與反相器的輸出端連接，以提供一路與信號(hào) 源反相的激勵(lì)信號(hào)；一跨阻放大器，該跨阻放大器的輸入端與第一器件夾具及第二器件夾具的另一端連 接，以將第一器件夾具與第二器件夾具的電流之和轉(zhuǎn)化為電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的基于差分方法的MEMS信號(hào)檢測(cè)電路，其中第一器件夾具和第二 器件夾具的輸入信號(hào)反相，輸出信號(hào)疊加；該輸入信號(hào)的反相由反相器實(shí)現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于差分方法的MEMS信號(hào)檢測(cè)電路，其中輸出信號(hào)的疊加由第 一器件夾具和第二器件夾具的輸出信號(hào)送入跨阻放大器實(shí)現(xiàn)的。
4.一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包括一信號(hào)源；一跟隨器，該跟隨器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以跟隨信號(hào)源的變化；一第一器件夾具，該第一器件夾具的一端與跟隨器的輸出端連接，以提供一路與信號(hào) 源同相的激勵(lì)信號(hào)；一反相器，該反相器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以將信號(hào)源的輸出信號(hào)反相；一第二器件夾具，該第二器件夾具的一端與反相器的輸出端連接，以提供一路與信號(hào) 源反相的激勵(lì)信號(hào)；一求和運(yùn)算放大器，該求和運(yùn)算放大器的一輸入端與第一器件夾具的另一端連接；該 求和運(yùn)算放大器的另一輸入端與第二器件夾具的另一端連接，以將第一器件夾具與第二器 件夾具的輸出信號(hào)求和并轉(zhuǎn)化為電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的基于差分方法的MEMS信號(hào)檢測(cè)電路，其中第一器件夾具和第二 器件夾具的輸入信號(hào)反相，輸出信號(hào)疊加；該輸入信號(hào)的反相由反相器實(shí)現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求5所述的基于差分方法的MEMS信號(hào)檢測(cè)電路，其中輸出信號(hào)的疊加由第 一器件夾具和第二器件夾具的輸出信號(hào)送入求和運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
一種基于差分方法的MEMS器件信號(hào)檢測(cè)電路，包括一信號(hào)源；一跟隨器，該跟隨器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以跟隨信號(hào)源的變化；一第一器件夾具，該第一器件夾具的一端與跟隨器的輸出端連接，以提供一路與信號(hào)源同相的激勵(lì)信號(hào)；一反相器，該反相器的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接，以將信號(hào)源的輸出信號(hào)反相；一第二器件夾具，該第二器件夾具的一端與反相器的輸出端連接，以提供一路與信號(hào)源反相的激勵(lì)信號(hào)；一跨阻放大器，該跨阻放大器的輸入端與第一器件夾具及第二器件夾具的另一端連接，以將第一器件夾具與第二器件夾具的電流之和轉(zhuǎn)化為電壓。
文檔編號(hào)B81C99/00GK102062826SQ20101056452
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者孫國勝, 寧瑾, 楊富華, 趙永梅, 韓國威 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所