監(jiān)視加速計的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及監(jiān)視加速計的系統(tǒng)及方法。提供了監(jiān)視MEMS加速計（100）的操作的系統(tǒng)及方法。在這些實施例中，具有正向通路（114）的控制回路（112）耦合至MEMS加速計換能器（110），并提供了測試信號發(fā)生器（124）和測試信號檢測器（126）。測試信號發(fā)生器（124）被配置為生成測試信號并且在MEMS加速計換能器（110）的操作期間將該測試信號施加于控制回路（112）的正向通路（114）。測試信號檢測器（126）被配置為從該控制回路接收輸出信號并檢測該測試信號在輸出信號中的效果。最后，測試信號檢測器還被配置為生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出，以提供對MEMS加速計的操作的連續(xù)監(jiān)視。
【專利說明】監(jiān)視加速計的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體上涉及微機電系統(tǒng)(MEMS )設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及監(jiān)視MEMS加速計的操作。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)被廣泛地普及，因為它提供了一種制作非常小的機械結(jié)構(gòu)，并且能用傳統(tǒng)的批量半導體加工技術(shù)在單個襯底上將這些結(jié)構(gòu)與電氣設(shè)備進行集成的方法。MEMS的一個常見的應用是傳感器設(shè)備的設(shè)計和制作。MEMS傳感器被廣泛地使用于各種應用中，例如汽車、慣性制導系統(tǒng)、家用電器、游戲設(shè)備、各種設(shè)備的保護系統(tǒng)、以及很多其它的工業(yè)、科學、以及工程系統(tǒng)。
[0003]MEMS傳感器的一個例子是MEMS加速計。MEMS加速計對加速度或加速力敏感。這些力可以是靜態(tài)的，例如重力的恒定力，或者它們也可以是動態(tài)的，通過移動或振動傳感器而產(chǎn)生。加速計可以沿著一個、兩個或三個軸或方向感測加速力。根據(jù)該信息，其中安裝有加速計的設(shè)備的移動或定向可以被確定。
[0004]通常，MEMS加速計以電容的變化來對加速度做出反應，這將導致被連接到傳感器的通電電路的輸出發(fā)生變化。MEMS加速計的一個常見形式使用了在襯底上在加速度下移動的可移動元件或板?？梢苿釉囊苿痈淖兞穗娙?，并且連接到MEMS加速計結(jié)構(gòu)的電路可以測量電容的變化以確定加速力。這種MEMS加速計被廣泛應用于各種感測應用中。例如，車輛或汽車應用可以使用MEMS加速計以確定何時利用車輛安全氣囊或激活穩(wěn)定性和/或牽引控制系統(tǒng)。此外，消費者電子設(shè)備(例如視頻游戲控制器、個人媒體播放器、移動電話以及數(shù)碼相機)也可以在各種應用中使用MEMS加速計以檢測定向和/或響應設(shè)備的運動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]通過結(jié)合附圖進行考慮并參閱【具體實施方式】以及權(quán)利要求書，對本發(fā)明可以有比較完整的理解。應注意這些附圖不一定按比例繪制，并且在全部附圖中相似的附圖標記指示類似的項，以及:
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有監(jiān)視的MEMS加速計的感測部分的示意圖；
[0007]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有監(jiān)視的MEMS加速計的感測部分的示意圖；
[0008]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測試信號發(fā)生器的示意圖；
[0009]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的加法器和放大器的示意圖；以及
[0010]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測試信號檢測器的示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下【具體實施方式】實際上僅僅是說明性的，并不旨在限定本發(fā)明主題的實施例或此類實施例的應用和使用。此外，不希望被之前的【技術(shù)領(lǐng)域】、【背景技術(shù)】或下面的【具體實施方式】中的任何明示或暗示的理論所限定。[0012]以下描述指出元件或節(jié)點或特征部被“連接”或“耦合”在一起。正如本發(fā)明所使用的，除非明確說明，否則，“連接”意味著一個元件被直接結(jié)合到另一個元件(或直接與另一個元件通信)，而不一定是機械地結(jié)合。同樣，除非明確說明，否則“耦合”意味著一個元件被直接或間接地結(jié)合到另一個元件(直接或間接地與另一個元件通信)，而不一定是機械地結(jié)合。因此，雖然附圖中所示的原理圖示出了元件的示例布置，但附加的中間元件、設(shè)備、特征部或組件可以存在于所描述的主題的實施例中。
[0013]簡便起見，關(guān)于微機電系統(tǒng)(MEMS)制作和開發(fā)、MEMS感測、模擬電路設(shè)計的傳統(tǒng)技術(shù)以及系統(tǒng)(以及系統(tǒng)的各操作組件)的其它功能方面在本發(fā)明中可能沒有詳細描述。此夕卜，本公開所包含的各個附圖中所示的連接線旨在指示各元件之間的示例功能關(guān)系和/或物理耦合。應注意，很多另選的或附加的功能關(guān)系或物理連接可以存在于本主題的實施例中。應理解，本公開所描述的電路可以在硅或另一種半導體材料中實現(xiàn)，或者另選地通過它們的軟件代碼指示法來實現(xiàn)。此外，某些術(shù)語也可以在以下說明書中使用以僅用于參考，因此并不旨在限定，并且除非上下文清楚地指出，術(shù)語“第一”、“第二”以及指代結(jié)構(gòu)的其它這種數(shù)字術(shù)語并不暗示序列或順序。
[0014]本公開所描述的各種實施例提供了用于監(jiān)視感測設(shè)備的操作的系統(tǒng)及方法，特別是，用于監(jiān)視MEMS加速計的操作的系統(tǒng)及方法。在這些實施例中，控制回路耦合至MEMS加速計換能器，并且提供了測試信號發(fā)生器和測試信號檢測器。測試信號發(fā)生器被配置為在所述MEMS加速計換能器的操作期間生成測試信號并且將所述測試信號施加于所述控制回路的正向通路。測試信號檢測器被配置為從所述控制回路接收輸出信號并解調(diào)該輸出信號以檢測該測試信號的效果。最后，測試信號檢測器還被配置為至少部分基于所檢測到的測試信號的效果來生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。因此，該系統(tǒng)能夠被提供用于連續(xù)地監(jiān)視該MEMS加速計的操作。
[0015]特別地，監(jiān)視輸出信號可以被用于連續(xù)地驗證MEMS加速計正常地運行并提供良好的數(shù)據(jù)。這種自我監(jiān)視可以覆蓋實質(zhì)上的整個系統(tǒng)，并且特別是在MEMS加速計中的信號處理、控制回路和輸出電路。該監(jiān)視可以提供對MEMS加速計的操作的連續(xù)檢查，因此，可以被用于對實質(zhì)上整個系統(tǒng)進行自我監(jiān)視。
[0016]這樣用于監(jiān)視MEMS加速計的操作的系統(tǒng)可以給那些使用了 MEMS加速計的裝置以及系統(tǒng)增加整個系統(tǒng)的可靠性。例如，在車輛穩(wěn)定控制的應用中，MEMS加速計被用于確定何時需要激活主動穩(wěn)定控制。在這樣的系統(tǒng)中，由各種實施例提供的自我監(jiān)視提供了更好地保證車輛穩(wěn)定控制的適當運行的能力，從而可以更好地處理在機動車輛中常見的嚴酷和不利環(huán)境。
[0017]通常，MEMS加速計針對加速度感測電容的變化。MEMS加速計的一個常見形式使用感測換能器，該感測換能器具有在參考襯底上在加速度下移動的可移動元件?？梢苿釉囊苿痈淖兞穗娙?，并且MEMS加速計結(jié)構(gòu)可以測量電容的變化以確定加速力。
[0018]當參考襯底受到產(chǎn)生加速力的變化的力的時候，這種變化產(chǎn)生由感測測量電極測量的電容變化，其中該電極對感測質(zhì)塊的振蕩進行感測。以這種方式，MEMS加速計的感測換能器可以提供對加速力的測量。
[0019]很多典型的MEMS加速計使用具有反饋通路的控制回路以控制感測換能器的運動。通常，控制回路提供負反饋，該負反饋將換能器的可移動元件的位置保持為接近一個參考值。此外，位于回路的正向通路中的換能器的組件(例如，圖2中的包含彈簧常數(shù)的232和234)的變化通過該回路的回路增益而衰減。
[0020]根據(jù)一個實施例，提供了包括MEMS加速計換能器、控制回路、測試信號發(fā)生器和測試信號檢測器的感測設(shè)備。該控制回路耦合至MEMS加速計換能器的輸出，并具有生成該感測設(shè)備的輸出的正向通路和將該感測設(shè)備的輸出反饋回到該MEMS加速計換能器的反饋通路(但是在一些實施例中，感測設(shè)備的輸入和輸出使用端口或電極)。測試信號發(fā)生器被配置為生成測試信號和解調(diào)信號，其中測試信號和解調(diào)信號是頻率相等的。測試信號發(fā)生器被配置為在該感測設(shè)備的操作期間將測試信號施加于該控制回路的正向通路，并且將解調(diào)信號提供給測試信號檢測器。測試信號檢測器被配置為從反饋回路接收感測設(shè)備的輸出，并通過使用解調(diào)信號解調(diào)感測設(shè)備的輸出以檢測測試信號的效果。最后，該測試信號檢測器還被配置為至少部分基于所檢測到的測試信號的效果生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
[0021 ] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，圖1示出了包括具有自我監(jiān)視的MEMS加速計換能器110的加速計100的簡化示意圖。MEMS加速計換能器110耦合至控制回路112。該控制回路包括生成加速計100的輸出的正向通路114和將該輸出反饋回到MEMS加速計換能器110的反饋通路116。在該簡化例子中，該控制回路包括信號處理塊118和加法器120。再次，應注意，圖1是概念圖，因此沒有顯示出典型的實現(xiàn)方式的所有元件。例如，典型的實現(xiàn)方式在控制回路112中將包括附加的信號處理元件。
[0022]根據(jù)本公開所描述的實施例，該感測設(shè)備還包括測試信號發(fā)生器124和測試信號檢測器126。測試信號發(fā)生器124被配置為生成測試信號并且將該測試信號施加于控制回路112的正向通路114。測試信號檢測器126耦合至加速計100的輸出。而且，在所示的實施例中，測試信號檢測器126被配置為從測試信號發(fā)生器124接收解調(diào)信號。測試信號檢測器126解調(diào)該輸出以檢測該輸出中的測試信號的效果。最后，測試信號檢測器126被配置為至少部分基于所檢測到的該測試信號的效果生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
[0023]監(jiān)視輸出提供了對系統(tǒng)操作的指示，從而提供了自我監(jiān)視，該自我監(jiān)視對加速計100是否適當運行并提供良好的數(shù)據(jù)進行驗證。此外，因為測試信號被注入到控制回路112的正向通路114，隨后又被反饋回到MEMS加速計換能器110，這樣的自我監(jiān)視提供了可以覆蓋幾乎整個系統(tǒng)的健康指示。這包括監(jiān)視MEMS加速計換能器110以及換能器與電子讀出電路之間的接口，其中它們很可能是失效的或具有操作參數(shù)偏差的組件。此外，將測試信號被注入到正向通路可以簡化設(shè)計，因為不需要使用復雜的多位轉(zhuǎn)換器，可能需要該復雜多位轉(zhuǎn)換器以用于注入到反饋通路。
[0024]此外，因為測試信號被生成以不干擾加速計100的正常操作，系統(tǒng)能夠提供對加速計100的操作的連續(xù)監(jiān)視，而不阻止MEMS加速計100的正常操作。
[0025]通常，測試信號發(fā)生器124被配置為生成測試信號，該測試信號可以被注入到速率反饋控制回路而不干擾MEMS加速度傳感器110的正常操作。此外，期望使用相對不受被自然產(chǎn)生的干擾源模仿的影響的測試信號。由于這個原因，測試信號發(fā)生器可以配置為生成被調(diào)制的測試信號。在一個特定例子中，測試信號發(fā)生器124通過使用調(diào)制技術(shù)生成用作測試信號的方形波。
[0026]在一個進一步的變形中，測試信號發(fā)生器124還另外地被配置為設(shè)置測試信號的振幅。正如在下面將要更詳細描述的，測試信號檢測器126可以被配置為確定從正交反饋信號解調(diào)的測試信號的振幅的測量值。
[0027]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，示出了包括具有自我監(jiān)視的MEMS加速計換能器210的感測設(shè)備200的示意圖。MEMS加速計換能器210耦合至控制回路212。通常，控制回路212提供sigma-delta類型的力反饋以控制器換能器212的操作?？刂苹芈?12包括生成感測設(shè)備200的輸出的正向通路214和將感測設(shè)備200的輸出反饋回到MEMS加速計換能器210的反饋通路216。在該例子中，從概念上講，MEMS加速計換能器210包括驅(qū)動質(zhì)塊230、力-位移(F/d)轉(zhuǎn)換器232、位移-電容(d/C)轉(zhuǎn)換器234以及電壓-力(V/F)轉(zhuǎn)換器236。在該例子中，控制回路212的正向通路214包括電容-電壓(C/V)轉(zhuǎn)換器238、加法器240、前置放大器242、控制濾波器244、量化器246以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)248。在感測設(shè)備200的操作期間，參考襯底受到加速力，并且質(zhì)塊230相對于參考襯底將產(chǎn)生與加速力成正比的量的位移。該位移導致由d/C轉(zhuǎn)換器234生成的電容的變化，其由C/V轉(zhuǎn)換器238轉(zhuǎn)換成電信號。
[0028]該電信號被前置放大器242放大并被控制濾波器244過濾。所生成的信號被傳遞到量化器246以產(chǎn)生感測設(shè)備200的輸出。因此，該輸出信號是量化信號，該量化信號與通過使用MEMS加速計換能器210中的質(zhì)塊230所測量的加速力成正比。
[0029]除了提供加速力的測量值，輸出信號也被傳遞到DAC248?？梢园▎我晃晦D(zhuǎn)換器或多位轉(zhuǎn)換器的DAC248將量化的輸出轉(zhuǎn)換成電壓并在V/F轉(zhuǎn)換器236將該電壓反饋回到MEMS加速計換能器210，在V/F轉(zhuǎn)換器236中它被用于通過施加偏置力提供負反饋，以抵消被施加于參考襯底的加速力。
[0030]根據(jù)本公開所描述的實施例，感測設(shè)備200還包括測試信號發(fā)生器224和測試信號檢測器226。測試信號發(fā)生器224被配置為生成測試信號并且將該測試信號施加于控制回路212。特別地，通過使用加法器240，測試信號在合適的點加到回路的正向通路214中。正如在下面將要更詳細地描述的，測試信號優(yōu)選被配置為不干擾輸出信號或?qū)⑤敵鲂盘柗答伝氐組EMS加速計換能器210。
[0031]被施加于輸出信號載波的測試信號的效果通過前置放大器242、控制濾波器244以及量化器246被傳遞到測試信號檢測器226。測試信號檢測器226解調(diào)輸出信號以檢測測試信號在輸出信號中的效果。最后，測試信號檢測器226被配置為至少部分基于該測試信號的該檢測效果生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
[0032]監(jiān)視輸出提供了對系統(tǒng)操作的指示，從而提供了連續(xù)的自我監(jiān)視，該自我監(jiān)視對MEMS感測設(shè)備200是否適當運行并提供良好的數(shù)據(jù)進行驗證。此外，因為測試信號被注入到控制回路的正向通路，這樣的自我監(jiān)視系統(tǒng)可以檢測與F/d轉(zhuǎn)換器232、d/C轉(zhuǎn)換器234、C/V轉(zhuǎn)換器238、V/F轉(zhuǎn)換器236以及DAC248相關(guān)的操作參數(shù)的變化。
[0033]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，示出了示例測試信號發(fā)生器300。通常，測試信號發(fā)生器300被配置為生成測試信號，該測試信號可以被注入到控制回路的正向通路，而不干擾MEMS加速計的正常操作。此外，測試信號被生成以包含正常地在環(huán)境中不能找到的頻率組成。而且，在該實施例中，測試信號發(fā)生器300還被配置為生成可以被用于從感測設(shè)備的輸出信號提取測試信號的解調(diào)信號。在該實施例中，所生成的解調(diào)信號具有與尚未獨立生成的測試信號的頻率和相位組成相同的頻率和相位組成。因為解調(diào)信號等價于測試信號，解調(diào)信號可以被用于解調(diào)感測設(shè)備的輸出信號以及將測試信號和加速信號分開。
[0034]通常，測試信號發(fā)生器300生成一種類型的調(diào)制信號。更具體地，測試信號發(fā)生器300通過使用雙邊帶抑制載波調(diào)制生成測試信號。在圖3的實施例中，測試信號發(fā)生器300包括第一時鐘302、第二時鐘304、分頻器306、308、310和312、混頻器314、316和318、以及可控偏移電壓320。通常，時鐘302給分頻器306和308提供了輸入，其分別以M和N對時鐘信號進行分頻，其中M和N是不同質(zhì)數(shù)，并且所生成的分頻時鐘信號通過混頻器314 —起被進行異或運算。同樣，時鐘304給分頻器310和312提供了輸入，其分別以M和N對時鐘信號進行分頻，并且所生成的分頻時鐘信號通過混頻器318 —起被進行異或運算。在每種情況下，其結(jié)果是調(diào)制方形波，其頻率和相位組成不容易被自然產(chǎn)生的干擾源模仿。并且，因為相同的過程被用于生成測試信號和解調(diào)信號，解調(diào)信號可以被用于從輸出信號解調(diào)測試信號。
[0035]可控偏移電壓320和混頻器316被提供以便于控制測試信號的振幅。正如在下面將要更詳細描述的，測試信號檢測器可以被配置為測量從感測系統(tǒng)的輸出解調(diào)的測試信號的振幅。
[0036]如上面所提到的，測試信號發(fā)生器300還被配置為生成可以被用于從感測設(shè)備的輸出解調(diào)測試信號的解調(diào)信號。在圖示的實施例中，解調(diào)信號是獨立于測試信號而生成的，但是具有相同的頻率和相位組成。這減小了在測試系統(tǒng)中不可檢測的失敗的概率。特別地，因為測試信號和解調(diào)信號被獨立地生成，它們同時失效就不大可能。這減小了將測試信號發(fā)生器未能生成測試信號解釋為系統(tǒng)正常操作的證據(jù)的概率。
[0037]最后，應注意，測試信號發(fā)生器300僅僅是可以使用的測試信號發(fā)生器的類型的一個例子。作為另一個例子，方形波時鐘和可控DC信號可以被用于設(shè)置具有恒定基頻的方形波的振幅。這樣相對簡單的方形波可以被用作測試信號，其中干擾不太可能是問題，因此將不需要通過使用圖3的兩個分頻器產(chǎn)生的那樣的被調(diào)制的方形波。
[0038]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，示意說明了示例加法器400和放大器402。加法器400和放大器402是可以被用于感測設(shè)備的加法器和放大器的類型的例子。例如，加法器400和放大器402可以被用于實現(xiàn)感測設(shè)備200中的加法器240和前置放大器242。在該實施例中，加法器400使用一對電容以對測試信號和C/V輸出進行求和,而在放大器402內(nèi)使用電容負反饋配置。這使得測試信號通過輸入電容器被注入到放大器402虛地。此外，這使得加法器400的增益通過選擇適當?shù)碾娙葜当慌渲?。加法?00的增益的這種配置可以以與圖3的可控偏移電壓320 —起或代替可控偏移電壓320的方式被用于振幅控制。
[0039]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，示出了示例測試信號檢測器500。通常，測試信號檢測器500被配置為解調(diào)輸出，從而檢測測試信號在輸出信號中的效果。此外，測試信號檢測器500被配置為至少部分基于所檢測到的測試信號的效果生成指示感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。在這種情況下，它是通過連續(xù)地評估解調(diào)輸出是否大于特定閾值并且隨后用累加器過濾該比較結(jié)果而進行的。測試信號檢測器500包括可控延遲506、混頻器508、濾波器510、比較器512以及累加器514?？煽匮舆t506從測試信號發(fā)生器接收解調(diào)信號，并以可控的量延遲該信號，以等于發(fā)生在測試信號所用的通路的延遲。從而，該可控延遲使得解調(diào)信號被混頻器508使用，以解調(diào)輸出信號并且提取可能存在的任何測試信號。并且應注意，信號檢測器500在數(shù)字域內(nèi)解調(diào)測試信號，這使得對測試信號的檢測也被數(shù)字化地完成。這可以提高對測試信號的檢測的精度和可靠性。
[0040]在混頻器508之前存在的測試信號通過所述混頻器和解調(diào)處理在頻率上被轉(zhuǎn)換為DC，并被傳遞到濾波器510，其中該濾波器510對測試信號進行濾波以移除測試信號頻率之外的任何信號。在一個實施例中，濾波器510是低通濾波器(LPF)，其移除已通過混頻器508在頻率上被轉(zhuǎn)換了(例如，感測設(shè)備和加速信號中的偏移)的任何大的自然產(chǎn)生的分量。通過在輸出中提取出的任何測試信號，比較器512將剩余信號與第一閾值進行比較以確定測試信號是否存在。指示比較結(jié)果的輸出被提供給累加器514。累加器對比較輸出進行累力口，并提供指示MEMS加速計的操作的監(jiān)視輸出。
[0041]作為一個例子，當比較器在預定數(shù)量的周期內(nèi)未能感測測試信號的時候，比較器512和累加器514可以被配置為僅僅提供加速計失效的指示。例如，當測試信號的效果沒有被正確檢測到的時候，比較器512可以被實施以生成輸出脈沖。然后，累加器514可以被實施以計數(shù)這些脈沖，并且當脈沖的累加數(shù)量達到第二閾值的時候提供失效指示。這防止了監(jiān)視輸出只針對測試信號不存在的間歇指示生成傳感器失效的指示，因此防止了監(jiān)視不正確地將加速計識別為失效。
[0042]當然，測試信號檢測器500僅僅是可以被用于檢測感測設(shè)備的輸出中的測試信號的設(shè)備的類型的一個例子，并且其它檢測設(shè)備也可以被使用。例如，除了檢測測試信號在輸出信號中的效果，測試信號檢測器可以被配置為確定從感測設(shè)備的輸出中解調(diào)的測試信號的振幅。由此，可以確定MEMS加速計的驅(qū)動振幅的性能。在該實施例中，如果要求更高精度，比較器可以包含多個閾值(多位比較器)。在這樣的實現(xiàn)方式中，對由比較器提供的振幅的測量的確定指示系統(tǒng)是如何運行的。
[0043]因此，本公開所描述的各種實施例提供了用于監(jiān)視感測設(shè)備的操作的系統(tǒng)及方法，特別是，用于監(jiān)視MEMS加速計的操作的系統(tǒng)及方法。在這些實施例中，具有正向通路的控制回路耦合至MEMS換能器，并且提供了測試信號發(fā)生器和測試信號檢測器。該測試信號發(fā)生器被配置為生成測試信號并且在該MEMS換能器的操作期間將該測試信號施加于該控制回路的正向通路。該測試信號檢測器被配置為從控制回路接收輸出信號并解調(diào)該輸出信號以檢測測試信號的效果。最后，該測試信號檢測器還被配置為至少部分基于所檢測到的該測試信號的效果生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。因此，該系統(tǒng)能夠提供對該MEMS加速計的操作的連續(xù)監(jiān)視。
[0044]在一個實施例中，提供了用于監(jiān)視感測設(shè)備的操作的系統(tǒng)，其中該感測設(shè)備包括微機電(MEMS)加速計換能器和具有正向通路的耦合至該MEMS加速計換能器的控制回路，該系統(tǒng)包括:測試信號發(fā)生器，該測試信號發(fā)生器被配置為生成測試信號并且在該MEMS加速計換能器的操作期間將該測試信號施加于該控制回路的正向通路；以及測試信號檢測器，該測試信號檢測器被配置為從該控制回路接收輸出信號，并檢測該測試信號在輸出信號中的效果，該測試信號檢測器還被配置為至少部分基于所檢測到的該測試信號在輸出信號中的效果生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
[0045]在另一個實施例中，提供了一種感測設(shè)備，該感測設(shè)備包括WiWi(MEMS)加速計換能器；耦合至該MEMS加速計換能器的控制回路，該控制回路具有生成該感測設(shè)備的輸出的正向通路和將該感測設(shè)備的輸出反饋回到該MEMS加速計換能器的反饋通路；測試信號發(fā)生器，該測試信號發(fā)生器被配置為生成測試信號和解調(diào)信號，其中該測試信號和該解調(diào)信號具有相同的頻率組成，并且其中該測試信號發(fā)生器被配置為在該感測設(shè)備的操作期間將該測試信號施加于該控制回路的正向通路；以及測試信號檢測器，該測試信號檢測器被配置為從該控制回路接收該感測設(shè)備的輸出并通過使用該解調(diào)信號解調(diào)該感測設(shè)備的輸出以檢測該測試信號的效果，該測試信號檢測器還被配置為至少部分基于該測試信號的效果來生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
[0046]在一個實施例中，提供了一種監(jiān)視感測設(shè)備的操作的方法，其中該感測設(shè)備包括微機電(MEMS )加速計換能器和具有正向通路的、耦合至該MEMS加速計換能器的控制回路，該方法包括:生成測試信號；在該MEMS加速計換能器的操作期間將該測試信號施加于該控制回路的正向通路；從該控制回路接收輸出信號；檢測該測試信號在輸出信號中的效果；以及至少部分基于所檢測到的該測試信號的效果來生成指示該感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
[0047]雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例已被詳細說明并描述，很明顯對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的主旨或所附權(quán)利要求書的范圍的情況下可以進行各種修改。因此，應理解示例實施例僅僅是例子，它們并不旨在限定本發(fā)明的范圍、應用或配置。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)視感測設(shè)備的操作的系統(tǒng)，其中所述感測設(shè)備包括微機電(MEMS)加速計換能器、和具有正向通路的、耦合至所述MEMS加速計換能器的控制回路，所述系統(tǒng)包括: 測試信號發(fā)生器，所述測試信號發(fā)生器被配置為生成測試信號并且在所述MEMS加速計換能器的操作期間將所述測試信號施加于所述控制回路的所述正向通路；以及 測試信號檢測器，所述測試信號檢測器被配置為從所述控制回路接收輸出信號并檢測測試信號在所述輸出信號中的效果，所述測試信號檢測器還被配置為至少部分基于所檢測到的測試信號在所述輸出信號中的效果生成指示所述感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測試信號發(fā)生器耦合至所述測試信號檢測器，以給所述測試信號檢測器提供解調(diào)信號，其中所述解調(diào)信號具有等同于所述測試信號的頻率組成，并且其中所述測試信號檢測器被配置為通過使用所述解調(diào)信號解調(diào)所述輸出信號來檢測測試信號在所述輸出信號中的效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測試信號發(fā)生器使用調(diào)制技術(shù)來生成所述測試信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測試信號發(fā)生器包括具有輸出的第一時鐘、具有輸出的第一分頻器、和具有輸出的第二分頻器，所述第一時鐘的輸出耦合至所述第一分頻器和所述第二分頻器，并且其中所述測試信號發(fā)生器通過對所述第一分頻器的輸出和所述第二分頻器的輸出進行異或運算來生成所述測試信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第一分頻器以第一質(zhì)數(shù)進行分頻，并且其中所述第二分頻器以不同于所述第一質(zhì)數(shù)的第二質(zhì)數(shù)進行分頻。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述測試信號發(fā)生器還包括具有輸出的第二時鐘、具有輸出的第三分頻器、和具有輸出的第四分頻器，所述第二時鐘的輸出耦合至所述第三分頻器和所述第四分頻器，并且其中所述測試信號發(fā)生器通過對所述第三分頻器的輸出和所述第四分頻器的輸出進行異或運算來生成解調(diào)信號，并且其中所述解調(diào)信號被提供給所述測試信號檢測器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測試信號檢測器被配置為通過使用從所述測試信號發(fā)生器接收到的解調(diào)信號解調(diào)所述輸出信號來檢測測試信號在所述輸出信號中的效果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述測試信號檢測器包括比較器和累加器，并且其中所述測試信號檢測器通過使用所述比較器將解調(diào)的輸出信號與閾值進行比較，并且其中所述測試信號檢測器通過使用所述累加器來累加所述比較器的輸出，并且其中所述監(jiān)視輸出是至少部分基于累加的比較器的輸出來生成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述測試信號檢測器還被配置為確定所檢測到的所述檢測信號的效果的振幅的測量值。
10.一種感測設(shè)備，包括: 微機電(MEMS)加速計換能器； 耦合至所述MEMS加速計換能器的控制回路，所述控制回路具有生成所述感測設(shè)備的輸出的正向通路和將所述感測設(shè)備的輸出反饋回到所述MEMS加速計換能器的反饋通路； 測試信號發(fā)生器，所述測試信號發(fā)生器被配置為生成測試信號和解調(diào)信號，其中所述測試信號和所述解調(diào)信號具有相同頻率組成，并且其中所述測試信號發(fā)生器被配置為在所述感測設(shè)備的操作期間將所述測試信號施加于所述控制回路的所述正向通路；以及 測試信號檢測器，所述測試信號檢測器被配置為從所述控制回路接收所述感測設(shè)備的輸出并通過使用所述解調(diào)信號解調(diào)所述感測設(shè)備的輸出以檢測測試信號在所述感測設(shè)備的輸出中的效果，所述測試信號檢測器還被配置為至少部分基于所檢測到的測試信號在所述感測設(shè)備的輸出中的效果來生成指示所述感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測設(shè)備，其中所述測試信號發(fā)生器包括具有輸出的第一時鐘、具有輸出的第一分頻器和具有輸出的第二分頻器，所述第一時鐘的輸出耦合至所述第一分頻器和所述第二分頻器，并且其中所述測試信號發(fā)生器被配置為通過對所述第一分頻器的輸出和所述第二分頻器的輸出進行異或運算來生成所述測試信號，其中所述第一分頻器被配置為以第一質(zhì)數(shù)進行分頻，并且所述第二分頻器被配置為以不同于所述第一質(zhì)數(shù)的第二質(zhì)數(shù)進行分頻。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的感測設(shè)備，其中所述感測設(shè)備的輸出是量化的輸出，并且其中所述測試信號檢測器包括比較器和累加器，并且其中所述測試信號檢測器通過使用所述比較器來將所述感測設(shè)備的解調(diào)的輸出信號和第一閾值進行比較，并且其中所述測試信號檢測器通過使用所述累加器來累加所述比較器的輸出，并且其中當累加的輸出超過第二閾值的時候，生成所述監(jiān)視輸出。
13.—種監(jiān)視感測設(shè)備的操作的方法，其中所述感測設(shè)備包括微機電(MEMS)加速計換能器、和具有正向通路、耦合至所述MEMS加速計換能器的控制回路，所述方法包括: 生成測試信號； 在所述MEMS加速計換能 器的操作期間將所述測試信號施加于所述控制回路的所述正向通路； 從所述控制回路接收輸出信號； 檢測測試信號在所述輸出信號中的效果；以及 至少部分基于所檢測到的測試信號的效果來生成指示所述感測設(shè)備的操作的監(jiān)視輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中檢測測試信號在所述輸出信號中的效果包括通過使用解調(diào)信號來解調(diào)所述輸出信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中生成所述測試信號包括生成調(diào)制信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中生成所述測試信號包括用第一分頻器對第一時鐘進行分頻以生成第一分頻器輸出，用第二分頻器對所述第一時鐘進行分頻以生成第二分頻器輸出，以及對所述第一分頻器輸出和所述第二分頻器輸出進行異或運算以生成所述測試信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中用所述第一分頻器對所述第一時鐘進行分頻包括以第一質(zhì)數(shù)進行分頻，并且其中用所述第二分頻器對所述第一時鐘進行分頻包括以不同于所述第一質(zhì)數(shù)的第二質(zhì)數(shù)進行分頻。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中檢測測試信號在所述輸出信號中的效果包括使用解調(diào)信號解調(diào)所述輸出信號，并且所述方法還包括通過如下方式生成所述解調(diào)信號:用第三分頻器對第二時鐘進行分頻以生成第三分頻器輸出，用第四分頻器對所述第二時鐘進行分頻以生成第四分頻器輸出，以及對所述第三分頻器輸出和所述第四分頻器輸出進行異或運算。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中至少部分基于所檢測到的測試信號的效果來生成指示所述感測設(shè)備的操作的所述監(jiān)視輸出包括將解調(diào)的輸出信號和閾值進行比較，并且累加所述比較的輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要 求13所述的方法，還包括確定所檢測到的測試信號的效果的振幅的測量值。
【文檔編號】G01P15/125GK104034920SQ201410079550
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】D·方, K·L·卡拉維爾, H·羅瑞克, M·A·馬古利斯, M·E·施拉曼 申請人:飛思卡爾半導體公司