KR101905241B1 - 동적 압력 센서 - Google Patents
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Abstract
다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서는 기판과, 기판 내에 형성된 기준 볼륨(reference volume)과, 기준 볼륨을 밀봉하는 변형가능한 멤브레인과, 멤브레인에 결합되어, 멤브레인의 변형을 측정하도록 구성된 변형 감지 요소와, 기준 볼륨 내부의 절대 압력을 기준 볼륨 외부의 절대 주위 압력과 등화시키도록 구성된 환기홀을 포함한다.
Description
본 발명은 전반적으로 센서 기술에 관한 것으로서, 특정한 실시예에서는, 동적 압력 센서(dynamic pressure sensor)를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하나의 도메인에서 다른 도메인으로 신호를 변환하는 트랜스듀서가 종종 센서에 사용된다. 트랜스듀서를 포함하는 통상의 센서는 압력 차이 및/또는 압력 변화를 전기적 신호로 변환하는 압력 센서이다. 압력 센서는 예컨대, 대기압 감지, 고도 감지 및 날씨 모니터링을 포함하는 다수의 응용을 갖는다.
미세전자기계 시스템(MEMS: Microelectromechanical system) 기반 센서는 미세기계가공(micromachining) 기법을 사용하여 생산되는 트랜스듀서의 패밀리를 포함한다. MEMS 압력 센서와 같은 MEMS는 트랜스듀서 내의 물리 상태의 변화를 측정하고, MEMS 센서에 접속되는 전자 장치에 의해 프로세싱될 신호를 전달하는 것에 의해 주변 환경으로부터 정보를 수집한다. MEMS 디바이스는 집적 회로에 사용되는 것과 유사한 미세기계가공 기법을 사용하여 제조될 수 있다.
MEMS는 예컨대, 발진기, 공진기, 가속도계, 자이로스코프, 압력 센서, 마이크로폰 및/또는 마이크로미러로서 기능하도록 설계될 수 있다. 많은 MEMS 디바이스는 물리 현상을 전기적 신호로 변환하는 데에 용량성 감지 기술을 사용한다. 그러한 응용에서는, 센서에서의 캐패시턴스 변화는 인터페이스 회로를 사용하여 전압 신호로 변환된다.
압력 센서는 또한, 밀봉된 볼륨(sealed volume) 및 변형가능한 멤브레인을 포함하는 용량성 MEMS 디바이스로서 구현될 수 있다. 밀봉된 볼륨과 몇몇 경우에서 주위 환경과 같은 외부 볼륨 간의 압력 차이는 멤브레인을 변형시킨다. 일반적으로, 멤브레인의 변형은 멤브레인과 감지 전극 간의 거리의 변화를 야기하고, 이에 의해 캐패시턴스가 변한다. 따라서, 압력 센서는 밀봉된 볼륨이 외부 압력과 비교되도록 고정된 기준 압력을 제공하기 때문에 절대 압력(absolute pressure)을 측정한다.
본 발명의 종래 기술의 일 예는 미국 특허 제7,912,236호에서 찾아볼 수 있다.
본 발명의 종래 기술의 일 예는 미국 특허 제7,912,236호에서 찾아볼 수 있다.
다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서는 기판과, 상기 기판 내에 형성된 기준 볼륨과, 상기 기준 볼륨을 밀봉하는 변형가능한 멤브레인과, 상기 멤브레인에 결합되어, 상기 멤브레인의 변형을 측정하도록 구성된 변형 감지 요소와, 상기 기준 볼륨 내부의 절대 압력을 상기 기준 볼륨 외부의 절대 주위 압력과 등화시키도록 구성된 환기홀(ventilation hole)을 포함한다.
본 발명 및 그의 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부하는 도면과 관련하여 이루어진 이하의 상세한 설명을 참조한다.
도 1a~1e는 실시예의 동적 압력 센서 시스템 및 구성 요소의 기능적인 블록도를 도시한다.
도 2a 및 2b는 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도 및 평면도를 도시한다.
도 3a 및 3b는 실시예의 동적 압력 센서에 대한 주파수 특성도를 도시한다.
도 4는 다른 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다.
도 5는 또 다른 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다.
도 6은 추가의 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다.
도 7은 또 다른 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다.
도 8은 실시예의 동적 압력 센서 시스템의 블록도를 도시한다.
도 9a 및 9b는 다른 실시예의 동적 압력 센서 시스템의 블록도를 도시한다.
도 10는 실시예의 동적 압력 센서 시스템의 상세한 블록도를 도시한다.
도 11a~11r은 도 4의 실시예의 동적 압력 센서에 대한 제조 공정 흐름도를 도시한다.
도 12a~12h는 도 5의 실시예의 동적 압력 센서에 대한 제조 공정 흐름도를 도시한다.
도 13은 동적 압력 센서 시스템에 대한 동작 방법 실시예의 블록도를 도시한다.
상이한 도면에서 대응하는 부호 및 심볼은 달리 지시되지 않는 한 대응하는 부분을 지시한다. 도면은 실시예의 관련 양태를 명료하게 도시하기 위한 것이고 반드시 실제 축척대로 도시된 것은 아니다.
도 1a~1e는 실시예의 동적 압력 센서 시스템 및 구성 요소의 기능적인 블록도를 도시한다.
도 2a 및 2b는 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도 및 평면도를 도시한다.
도 3a 및 3b는 실시예의 동적 압력 센서에 대한 주파수 특성도를 도시한다.
도 4는 다른 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다.
도 5는 또 다른 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다.
도 6은 추가의 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다.
도 7은 또 다른 실시예의 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다.
도 8은 실시예의 동적 압력 센서 시스템의 블록도를 도시한다.
도 9a 및 9b는 다른 실시예의 동적 압력 센서 시스템의 블록도를 도시한다.
도 10는 실시예의 동적 압력 센서 시스템의 상세한 블록도를 도시한다.
도 11a~11r은 도 4의 실시예의 동적 압력 센서에 대한 제조 공정 흐름도를 도시한다.
도 12a~12h는 도 5의 실시예의 동적 압력 센서에 대한 제조 공정 흐름도를 도시한다.
도 13은 동적 압력 센서 시스템에 대한 동작 방법 실시예의 블록도를 도시한다.
상이한 도면에서 대응하는 부호 및 심볼은 달리 지시되지 않는 한 대응하는 부분을 지시한다. 도면은 실시예의 관련 양태를 명료하게 도시하기 위한 것이고 반드시 실제 축척대로 도시된 것은 아니다.
다수의 실시예를 제조하고 사용하는 것이 이하 상세히 설명된다. 하지만, 여기에 기술된 다수의 실시예는 광범위한 특정한 문맥에 적용가능하다는 것이 이해될 것이다. 기술된 특정한 문맥은 단지 다수의 실시예를 제조하고 사용하기 위한 특정한 방법을 예시하는 것이고 제한된 범위로 간주해서는 안된다.
특정한 문맥, 다시 말해 압력 센서 및 보다 구체적으로는 동적 압력 센서 내에서 다수의 실시에 대해 설명된다. 여기에서 기술된 다수의 실시예 중 몇몇 실시예는 MEMS 트랜스듀서 시스템, MEMS 압력 센서, 압력 트랜스듀서 및 MEMS 압력 트랜스듀서 시스템, 동적 MEMS 압력 센서, 압전 압력 센서, 동적 센서 및 절대 압력 센서를 갖는 압력 센서 시스템을 포함한다. 예시적 사용 환경은 실내 네비게이션용으로 제시된다. 하지만, 그러한 예는 전혀 제한적인 것이 아니다. 다른 실시예에서, 양태들은 또한 본 기술 분야에 알려진 방식에 따라 물리 신호를 임의의 응용을 위한 다른 도메인으로 변환하는 임의의 타입의 압력 센서 또는 트랜스듀서를 포함하는 다른 응용에 적용될 수 있다.
압력 센서는 예컨대, 실내 네비게이션 및 제스처 인식과 같은 다수의 응용에 사용될 수 있다. 그러한 응용에서, 매우 작은 고도 변화가 매우 작은 압력 변화로 이어질 수 있다. 예컨대, 0.02밀리바(mbar) 혹은 2 파스칼(Pa)의 압력 변화는 대략 20cm의 고도 변화와 동등하다. 종래의 절대 압력 센서는 일반적으로 밀봉된 기준 볼륨(reference volume)을 포함하고 약 0.02밀리바의 분해능을 갖는 약 1300밀리바의 압력 범위를 갖는다.
다수의 실시예에 따르면, 감도가 증가된 동적 압력 센서가 본 명세서에 개시된다. 다수의 실시예에서, 동적 압력 센서는 환기홀(ventilation hole) 혹은 환기홀 그룹을 갖는 감지 멤브레인을 포함한다. 환기홀은 주위 환경과 같은 외부 볼륨과 내부 볼륨 간의 압력을 서서히 동일하게 한다. 그러한 동적 압력 센서는 특정한 기간에서의 압력 변화를 감지할 수 있다. 일반적으로, 네비게이션 및 제스처 인식과 같은 경우, 초저주파(infrasonic) 범위의 주파수를 갖는 압력 변화는 20Hz 미만의 주파수를 갖는 압력 변화를 포함한다. 본 명세서에 기술된 다수의 실시예의 동적 압력 센서는 초저주파 범위의 압력 변화를 감지한다. 몇몇 실시예에서, 0.1Hz와 10Hz 사이의 주파수를 갖는 압력 변화는 1초와 10초 사이의 기간에 걸쳐 발생하는 압력 변화에 대응하여 감지된다. 몇몇 실시예에서, 환기홀은 절대 압력이 측정되는 것을 방지한다. 다수의 실시예에 따르면, 그러한 동적 압력 센서는 예컨대 약 0.0002밀리바의 증가된 분해능을 갖고, 1cm보다 작은 고도 변화를 감지할 수 있다.
도 1a~1e는 실시예의 구성 요소뿐만 아니라, 실시예의 동적 압력 센서 시스템(100, 101, 103)의 기능적 블록도를 도시한다. 도 1에 도시된 동적 압력 센서 시스템(100)은 압력 변화(102), 동적 압력 센서(104), 프로세싱 회로(106) 및 위치 신호(108)를 포함한다. 압력 변화(102)는 한 세트의 계단을 오르는 사람을 예로서 도시한다. 각 계단의 경우 약 15cm~20cm의 고도의 상승이 존재한다. 위에서 언급한 바와 같이, 그러한 고도 상승은 계단 당 약 0.01~0.02밀리바의 압력 변화에 대응한다. 압력 변화(102)는 동적 압력 센서(104)에 의해 감지된다. 다수의 실시예에서, 동적 압력 센서(104)는 0.1Hz의 저주파수 컷오프와 10Hz의 고주파수 컷오프를 갖는 밴드패스(bandpass) 주파수 응답을 포함한다. 압력 센서(102)에서의 각 계단에 대한 압력 변화는 이러한 통과 주파수 대역(즉, 0.1~10Hz) 내로 조정되는 주파수로 발생한다. 다음에, 감지된 압력 변화는 해당 압력 변화를 기록하는 프로세싱 회로(106)로 제공될 수 있다. 프로세싱 회로(106)는 아래에서 논의되는 바와 같이, 디지털 혹은 아날로그 전자 장치 및 적분기(integrator)로 구현되거나, 혹은 상이한 타입의 필터 혹은 다른 기능 블록을 사용하는 것에 의해 구현될 수 있다. 다수의 실시예에 따르면, 프로세싱된 압력 변화는 고도 혹은 위치 신호(108)를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 위치 신호(108)는 수직 위치 신호에서의 변화에 대응한다.
예시적인 실시예에 따르면, 임계 레벨이 설정되어, 해당 임계 레벨을 넘을 때 특정한 제스처 인식 알고리즘이 개시되도록 한다. 몇몇 실시예에서, 동적 압력 센서(104)의 출력을 적분(integrating)하는 것은 절대 압력을 결정한다. 다른 실시예에서, 역 하이패스 필터(inverse high pass filter)가 (도 3b를 참조하여 기술되는 바와 같이) 사용되어, 동적 압력 신호 및 절대 압력 신호의 양쪽이 결정되도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 선형 함수가 단지 동적 압력 변화만을 평가한다. 다수의 실시예에서, 제스처 혹은 네비게이션 정보가 결정될 수 있도록 양의 임계값 및/또는 음의 음계값을 넘는 업/다운 이벤트의 횟수를 카운트하는 데에 카운터가 사용될 수 있다. 그러한 다수의 기능들은 프로세싱 회로(106)에서 수행될 수 있는데, 이러한 프로세싱 회로(106)는 동적 압력 센서(104)에 직접 결합되는 애플리케이션 프로세서 혹은 ASIC으로 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프로세싱 회로(106)는 제 1 부분에서는 ASIC에 의해 구현되고 제 2 부분에서는 애플리케이션 프로세서에 의해 구현된다.
도 1b에 도시된 동적 압력 센서 시스템(101)은 압력 변화(102), 동적 압력 센서(104), 프로세싱 회로(106), 정적 압력 센서(110), 멀티플렉서(112) 및 압력 신호(114)를 포함한다. 다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서(104)는 절대 압력이 측정되는 것을 방지하는 환기홀을 감지 멤브레인 내에 포함한다. 시스템(101) 내에 정적(절대) 압력 센서(110)를 포함하는 것은 시스템(101)이고 분해능 압력 변화와 절대 압력을 감지할 수 있게 해 준다. 다수의 실시예에서, 동적 압력 센서(104) 및 정적 압력 센서(110)는 특정한 사용 시나리오에서는 함께 사용되거나 혹은 다른 시나리오에서는 별도로 사용될 수 있다. 예컨대, 정적 압력 센서(110)는 대기 압력을 측정하여 날씨 애플리케이션용으로 사용될 수 있는 한편, 동적 압력 센서(104)는 위에서 기술한 바와 같은 실내 네비게이션 혹은 제스처 인식의 경우 작은 고도 변화를 감지할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 동적 압력 센서(104) 및 프로세싱 회로(106)는 멀티플렉서(112)에 고도 신호의 변화를 제공하고 정적 압력 센서(110)는 절대 압력을 멀티플렉서(112)에 제공한다. 그러한 실시예에서, 압력 신호(114)는 멀티플렉서의 입력으로 어떠한 것이 선택되는지에 따라 절대 압력 신호 혹은 압력 신호의 변화/고도 신호의 변화를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 멀티플렉서(112)는 보다 정확한 압력 신호(114)를 생성하기 위해 압력 변화 신호를 절대 압력 신호와 결합하는 수정된 합산 기능부로 대체될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프로세싱 회로(106)가 적분기를 포함하는 경우, 정적 압력 센서(110)로부터의 정적 압력 신호는 동적 압력 신호(104) 내의 원치 않는 오프셋에 의해 개시된 적분기 출력 드리프트를 회피하기 위해 프로세싱 회로(106) 내의 적분기를 리셋하는 데에 사용될 수 있다.
도 1c 및 1d는 2개의 실시예의 프로세싱 회로(106)의 기능적 블록도를 도시한다. 도 1c는 AC 커플링(105), 아날로그-디지털 변환기(ADC)(107) 및 디지털 필터(109)를 포함하는 실시예의 프로세싱 회로(106)를 포함한다. 그러한 실시예에서, 디지털 필터(109)는 이하 도 3b를 참조하여 기술되는 바와 같이, 역 하이패스 필터를 구현하거나 혹은 또 다른 타입의 적분 기능을 구현할 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 타입의 압력 이력 추적 기능(pressure history tracking function)이 프로세싱 회로(106) 내에 구현될 수 있다.
도 1d는 오프셋 정정(111) 및 등화기 회로(113)를 포함하는 실시예의 프로세싱 회로(106)를 도시한다. 오프셋 정정(111)은 출력 오프셋 드리프트를 제거 혹은 방지하기 위해 동적 압력 센서(104)로부터의 입력 신호를 리셋할 수 있다. 등화기(113)는 동적 압력 변화와 관련된 특정 신호를 등화 혹은 강조하기 위해 특정 주파수 대역을 부스트(boost)하거나 혹은 특정 주파수 대역을 필터링할 수 있다. 예컨대, 등화기(113)는 0.1~10Hz의 주파수 성분을 갖는 신호를 부스트 혹은 통과시키는 한편, 이러한 주파수 대역 이외의 주파수의 영향을 제거 혹은 경감할 수 있다.
다수의 실시예에서, 프로세싱 회로(106)는 제시된 실시예들 중 임의의 실시예의 조합으로서 구현될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 회로(106)는 아날로그 로우패스 필터, 디지털 로우패스 필터, 디지털 혹은 아날로그 회로로 구현된 적분 블록 혹은 도 1c 및 1d에 기술된 것과 같은 실시예에서 포함된 구성 요소의 조합을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 프로세싱 회로(106)는 예컨대, 절대 압력 신호를 제거하고 고도 변화를 결정하거나 제스처 인식을 수행하기 위한 동적 압력 변화를 결정하도록 기능할 수 있다.
도 1e는 오디오 프로세싱 경로 및 고도 프로세싱 경로를 포함하는 또 다른 실시예의 동적 압력 센서 시스템(103)의 또 다른 기능 블록도를 도시한다. MEMS 마이크로폰과 같은 마이크로폰(115)은 고도 변화 및 오디오 신호에 대응하는 압력 변화를 감지하고 트랜스듀싱한다. 예컨대, 0.1과 10Hz 사이의 주파수 성분을 갖는 압력 신호는 고도 변화에 대응하는 한편, 10Hz를 초과하여 약 20kHz까지의 주파수 성분을 갖는 압력 신호는 오디오 신호에 대응할 수 있다. 마이크로폰(115)으로부터의 트랜스듀싱된 압력 신호들은 증폭기(117)에서 증폭되어 오디오 프로세싱 회로(116) 및 고도 프로세싱 회로(118)에 병렬로 공급된다. 그러한 실시예에서, 오디오 신호는 분리되어 스피커(119)와 같은 오디오 회로에 제공되고, 고도 신호는 분리되어 위치 회로(108)에 제공된다. 고도 프로세싱 회로(118)는 다른 도면을 참조하여 기술되는 프로세싱 회로(106)와 같은 구성 요소를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 오디오 프로세싱 회로(116) 및 고도 프로세싱 회로(118)는 점선으로 도시된 바와 같이, 동일한 애플리케이션 프로세서 내에 포함될 수 있다. 특정한 실시예에서, 제어 신호 CTRL이 어느 한쪽 회로를 인에이블 혹은 디스에이블할 수 있다. ASIC은 예컨대 필터와 같은 다른 프로세싱 요소뿐만 아니라 증폭기(117)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 단일 IC는 MEMS 마이크로폰으로서의 마이크로폰(115)과 증폭기(117)를 포함한다.
도 2a 및 2b는 실시예의 동적 압력 센서(104)의 측단면도 및 평면도를 도시한다. 도 2a는 변형가능한 멤브레인(120), 기준 볼륨(122), 기판(124) 및 변형 감지 요소(126)를 포함하는 동적 압력 센서의 측단면도를 도시한다. 다수의 실시예에 따르면, 압력 변화가 기준 볼륨(122) 외부에서 발생하는 경우, 압력 차이는 멤브레인(120)이 변형되게 한다. 변형 감지 요소(126)는 멤브레인(120)의 변형을 감지하고 출력 압력 신호(도시하지 않음)를 생성한다. 변형 감지 요소는 커플링(128)으로서 도시된 다수의 커플링 수단에 의해 멤브레인(120)에 결합된다. 위에서 언급된 바와 같이, 동적 압력 센서(104)는 저 주파수 컷오프 f L (예컨대, 0.1Hz)와 고 주파수 컷오프 f H (예컨대, 10Hz) 사이의 대역을 갖는 밴드패스 주파수 응답을 포함한다.
다수의 실시예에 따르면, 멤브레인(120)은 환기홀(130)을 포함한다. 평면 면적(planar area)을 결정하는 환기홀의 반경은 밴드패스 응답의 저 주파수 컷오프 f L을 제어한다. 압력 변화가 저 주파수 컷오프 f L 미만의 주파수로 발생하는 경우, 환기홀(130)은 멤브레인(120)이 변형되기 전에, 기준 볼륨(122) 외부의 압력을 기준 볼륨(122) 내부의 압력과 동일하게 한다. 예컨대, f L = 0.1Hz인 경우, 10초보다 길게 걸리는 압력 변화는 환기홀(130)에 의해 등화되어 멤브레인(120)을 변형시키지 않는다.
다른 실시예에 따르면, 고 주파수 컷오프 f H는 동적 압력 센서(104)가 음파와 같은 고속 압력 변화를 감지하는 것을 방지한다. 예컨대, 문을 쾅 닫거나 혹은 시끄러운 음악이 실행중인 경우, 고도 변화가 발생하지 않는다. 고 주파수 컷오프 f H는 그러한 음파의 영향을 제거하고 f H = 10Hz와 같은 보다 낮은 주파수 압력 변화만을 감지하도록 설정될 수 있다. 고 주파수 컷오프는 이하 보다 구체적인 실시예를 참조하여 기술되는 바와 같은 상이한 기계적 혹은 전자적 특성에 의해 설정될 수 있다.
도 2b는 멤브레인(120) 및 변형 감지 요소(126)를 포함하는 실시예의 동적 압력 센서(104)의 평면도를 도시한다. 일반 커플링(128)은 변형 감지 요소(126)와 멤브레인(120) 사이의 결합을 나타낸다. 멤브레인(120)은 환기홀(130)을 포함한다. 다수의 실시예에서, 멤브레인(120)은 복수의 환기홀을 포함한다. 위에서 볼 때의 환기홀의 평면 면적은 위에서 기술된 바와 같은 저 주파수 컷오프 f L에 영향을 미친다. 복수의 환기홀이 포함되는 경우, 모든 환기홀이 함께 합해진 총 평면 면적이 저 주파수 컷오프 f L에 영향을 미친다. 다른 인자가 아래에서 논의되는 바와 같이, 고 주파수 컷오프 및 저 주파수 컷오프에 영향을 미칠 수 있다.
도 3a 및 3b는 실시예의 동적 압력 센서에 대한 주파수 특성도(135, 140)를 도시한다. 도 3a는 실시예의 동적 압력 센서의 감도에 대한 밴드패스 주파수 응답을 도시한다. 다수의 실시예에 따르면, 고 주파수 컷오프 f H와 저 주파수 컷오프 f L는 밴드패스 응답의 코너 주파수이다. 밴드패스 응답 이외에서 감도는 급격히 감소한다. 몇몇 실시예에서, 특성도(135) 상에 도시된 감도는 로그 스케일이고 진폭 변화의 오더(order)를 전달한다. 따라서, 다수의 실시예에 따르면, 대역 내에서 발생하는 압력 변화는 고 감도로 감지되고 대역 외부에서의 압력 변화는 고 감도로 감지되지 않는다(예컨대, 감쇠된다). 몇몇 실시예에서, f L = 0.1 Hz이고 f H = 100 Hz이다. 다른 실시예에서, 고 주파수 컷오프는 f H = 10 Hz로 더욱 제한된다. 몇몇 실시예에서, 저 주파수 컷오프는 f L = 0.5 Hz로 증가한다. 다른 실시예에서, 밴드패스는 f L = 0 Hz ~ f H = 1000 Hz 내의 임의의 범위를 포함할 수 있다.
도 3b는 실시예의 동적 압력 센서에 사용되는 필터에 대한 주파수 응답을 도시한다. 다수의 실시예에 따르면, 사용가능한 대역폭은 트랜스듀싱된 신호의 후 프로세싱(post-processing)이 수행될 수 있기 때문에 저 주파수 컷오프 f L에 의해 제한되지 않는다. 구체적으로, 특성도(140)는 저 주파수 컷오프 f L 미만의 주파수로 실시예의 동적 압력 센서의 사용가능한 대역폭을 확장하는 적분기의 필터 구현을 도시한다. 그러한 필터는 임의의 타입의 후 프로세싱 블록 내에 아날로그 필터 회로, 디지털 로직 필터 혹은 소프트웨어 필터로서 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그러한 필터는 절대 압력이 추적될 수 있게 해 준다. 더욱이, 다수의 실시예에서, 고 주파수 컷오프 f H와 저 주파수 컷오프 f L는 기계적 필터, 전기적 필터 혹은 기계적 필터와 전기적 필터의 조합으로서 구현될 수 있다.
도 4는 동적 압력 센서(104)의 구현예일 수 있는 다른 실시예의 동적 압력 센서(200)의 측단면도를 도시한다. 동적 압력 센서(200)는 도 11a~11r을 참조하여 이하 설명되는 바와 같이, MEMS 마이크로폰에 유사한 방식으로 제조된다. 다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서(200)는 기판(204), 측벽(206), 변형가능한 멤브레인(208), 강성 백플레이트(rigid backplate)(210) 및 공동(cavity)(212)을 포함한다. 백플레이트(210)는 스페이서(214)에 의해 멤브레인(208)으로부터 분리된다. 멤브레인(208)은 환기홀(216)을 포함하고 백플레이트(210)는 천공(perforation)(218)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 주위 환경에서의 압력 변화는 공동(212)과 주위 환경 간의 압력 차이를 발생하고 이 압력 차이에 의해 멤브레인(208)이 변형된다. 멤브레인(208)의 변형은 멤브레인(208)과 백플레이트(210) 간의 거리를 변화시킨다. 이러한 거리의 변화는 이들 2 플레이트 간의 유효 캐패시턴스를 변화시키고 트랜스듀싱된 전기 신호를 리드아웃(readout) 전극(도시하지 않음) 상에 발생시킨다. 트랜스듀싱된 전기 신호는 발생한 압력 변화에 대응한다. 위에서 간략히 언급한 바와 같이, 동적 압력 센서(200)는 밴드패스 주파수 응답을 포함한다. 따라서, 밴드패스 범위 내의 주파수로 발생하는 압력 변화만이 감지될 것이다. 몇몇 실시예에 따르면, 동적 압력 센서(200)는 MEMS 마이크로폰으로서 구현될 수 있고, 밴드패스 주파수 응답은 디지털 혹은 아날로그 필터에 의해 구현될 수 있다. 그러한 하나의 실시예에서, MEMS 마이크로폰은 보다 양호한 동적 압력 감지를 위해 음향 잡음을 저감시키기 위해 발포 고무(foam)와 같은 음향적 소음 재료(acoustically muffling material)로 덮이거나 혹은 절연될 수 있다.
다수의 실시예에서, 환기홀(216)의 크기(평면 면적)는 저 주파수 컷오프 f L에 영향을 미치고 홀(218)의 크기 및 개수는 고 주파수 컷오프 f H에 영향을 미친다. 다른 실시예에서, 멤브레인(208)의 질량(mass)이 또한 고 주파수 컷오프 f H에 영향을 미친다. 또 다른 실시예에서, 다른 인자가 고 주파수 컷오프 f H와 저 주파수 컷오프 f L에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 공동의 체적, (공동의 반경에 의해 설정되는) 멤브레인의 크기, 멤브레인의 두께 및 기타 요소가 고 주파수 컷오프 f H와 저 주파수 컷오프 f L에 영향을 미칠 수 있다. 구체적인 실시예에서, 저 주파수 컷오프 f L는 아래의 식에 의해 비례적으로 주어진다.
여기서, N vent는 환기홀의 개수, D vent는 환기홀의 직경 및 V 는 공동의 체적이다. 몇몇 실시예에서, 하나의 환기홀(216)은 멤브레인(208) 내에 설정되고 N vent = 1이다. 환기홀(216)은 도시된 바와 같이 중앙부에 설정될 수 있다. 다른 실시예에서, 멤브레인(208)은 복수의 환기홀을 포함할 수 있고 N vent > 1이다. 그러한 실시예에서, 복수의 환기홀은 멤브레인의 둘레에 분산될 수 있고, 각 환기홀의 직경 D vent은 N vent = 1인 경우보다 작다. 특정한 예에서, N vent은 30보다 작고, D vent는 10 μm보다 작고, V는 15 mm3보다 작다. 다른 예에서, D vent는 N vent이 감소함에 따라 증가한다. 하나의 특정한 실시예에서, D vent는 약 5 μm와 같다.
다수의 실시예에 따르면, 백플레이트(210)는 0.5μm와 5μm 사이의 두께를 갖고, 천공(218)은 0.5μm와 10μm 사이의 직경을 갖고, 멤브레인(208)은 0.1μm과 1μm 사이의 두께를 갖고, 공동(212)은 0.2mm와 2mm 사이의 직경과 0.1mm과 1mm 사이의 두께를 갖고, 스페이서(214)에 의해 설정되는 백플레이트(210)와 멤브레인(208) 사이의 분리 거리는 0.5μm와 5μm 사이이다.
도 5는 동적 압력 센서(104)의 구현하는 데에 사용될 수 있는 다른 실시예의 동적 압력 센서(201)의 측단면도를 도시한다. 동적 압력 센서(201)는 도 12a~12h를 참조하여 이하 기술되는 바와 같이, 종래의 MEMS 압력 센서와 유사한 방식으로 제조된다. 다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서(201)는 기판(224), 전극(230), 멤브레인(228) 및 공동(232)을 포함한다. 멤브레인(228)은 환기홀(236)을 포함한다. 다른 실시예에서, 환기홀(236)은 예컨대, 공동(232)의 둘레와 같이, 멤브레인(228) 상의 임의의 곳에 분산될 수 있다. 멤브레인(228)은 절연체(234)에 의해 전극(230)으로부터 분리된다.
동적 압력 센서(200)와 유사하게, 주위 환경에서의 압력 변화는 동적 압력 센서(201)의 멤브레인(228)이 변형되게 하고 트랜스듀싱된 신호를 생성한다. 동적 압력 센서(201)는 또한 밴드패스 주파수 응답을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 저 주파수 컷오프 f L는 다음의 식에 의해 대략 주어진다.
여기서, R vent는 환기 저항(ventilation resistance)이고, R squeeze는 스퀴즈(squeeze) 필름 저항이고, C gap는 멤브레인(228)과 전극(230) 간의 캐패시턴스이다. 몇몇 실시예에서, 멤브레인의 질량은 고 주파수 컷오프 f H에 영향을 미친다.
도 6은 추가 실시예의 동적 압력 센서(202)의 측단면도를 도시한다. 다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서(202)는 기판(244), 측벽(246), 멤브레인(248) 및 공동(252)을 포함하는 압전 저항 혹은 압전 압력 센서(a piezoresistive or piezoelectric pressure sensor)이다. 압전 센서(piezo-sensor)(260)가 멤브레인(248) 상에 배치되거나 그 내부에 포함된다. 멤브레인(248)은 또한 환기홀(256)을 포함한다. 압전 센서(260)는 압전 재료 혹은 압전 저항 재료로서 구현될 수 있다.
다수의 실시예에서, 주위 환경에서의 압력 변화는 멤브레인(248)의 변형을 야기한다. 압전 저항 재료의 경우, 이러한 변형은 압전 센서(260)의 저항을 변화시키고, 그 저항은 리드아웃 전극(도시하지 않음)에 의해 측정된다. 압전 재료의 경우, 그러한 변형은 압전 센서(260)가 리드아웃 전자 장치(도시하지 않음)로 공급되는 전압을 생성하게 한다. 다른 도면을 참조하여 위에서 논의한 바와 같이, 멤브레인(248)의 기계적 특성은 고 주파수 컷오프 f H와 저 주파수 컷오프 f L를 조정하는 것에 의해 동적 압력 센서(202)의 밴드패스 응답에 영향을 미친다.
도 7은 기판(264), 측벽(266), 공동(272), 변형가능 멤브레인(268), 상부 전극(210a) 및 하부 전극(210b)을 갖는 강성 백플레이트, 증폭기(282a, 282b), 합산 블록(284), 차이 블록(286) 및 필터(288a, 288b)를 포함하는 또 다른 실시예의 동적 압력 센서(203)의 측단면도를 도시한다. 동적 압력 센서(203)로서의 유사한 구조와 그의 제조는 동일 출원인의 출원 계류중인 미국 특허 출원 제 13/931584호(발명의 명칭: “MEMS Microphone with Low Pressure Region between Diaphragm and Counter Electrode”)(출원일: 2013년 6월 28일)(그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 포함됨)과 동일 출원인의 출원 계류중인 미국 특허 출원 제 14/198634 호(발명의 명칭: “MEMS Sensor Structure for Sensing Pressure Waves and a Change in Ambient Pressure”)(출원일: 2014년 3월 6일)(그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 인용됨)에 기술되어 있다. 이들 동일 출원인의 미국 출원들은 MEMS 마이크로폰 구조 및 정적 MEMS 압력 센서를 기술한다.
본 명세서에 기술되는 실시예에 따른 동적 압력 센서로서 사용하는 경우, 동적 압력 센서(203)는 f H < 1000 Hz 의 고 주파수 컷오프 및 f L > 0.1 Hz의 저 주파수 컷오프를 갖는 밴드패스 주파수 응답을 포함한다. 다수의 실시예에서, 예컨대 환기홀의 크기를 포함하는 기계적 구조는 본 명세서에 기술된 밴드패스 주파수 응답을 구현하기 위해 상술한 동일 출원인의 미국 출원들에 기술된 구조로부터 변형된다.
다수의 실시예에 따르면, 각 증폭기(282a, 282b)는 제각기, 백플레이트(270a, 270b) 상의 백플레이트 전압을 감지한다. 멤브레인(268)이 움직이는 때, 증폭기(282a, 282b)로부터의 증폭기 출력은 2개의 신호를 생성하는데 하나의 신호는 멤브레인 움직임에 비례하고 다른 하나의 신호는 멤브레인 움직임에 반비례한다. 그러한 실시예에서, 차이 블록(286)의 출력에 주어지는, 2개 신호의 차이는 멤브레인 움직임에 비례하고 이에 따라 인가된 음압(acoustic pressure)에 비례한다. MEMS 구조가 환기홀(276)을 가지고 있기 때문에, 신호(286)는 동적 압력 센서의 특징인 위에서 기술한 하이패스 특성을 나타낸다. 이러한 하이패스 특성은 충분히 낮게 설정되는 경우, 차이 블록(286)으로부터의 출력 신호는 음성 신호(20Hz~20kHz)와 제스처 인식 및/또는 실내 네비게이션을 위한 초저주파 압력 신호(1Hz~10Hz)를 모두 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 다수의 실시예는 하이패스 필터(288a) 및 로우패스 필터(288b)로 신호를 선택한다. 그러한 실시예에서, 결합된 마이크로폰 및 동적 압력 센서가 구현될 수 있다.
다른 실시예에서, 절대 압력 측정 신호가 동일한 구조에 의해 생성될 수 있다. 다수의 실시예에 따르면, 공동(278)은 멤브레인(268)에 의해 형성된 밀봉된 볼륨이다. 절대 압력 변화는 멤브레인(268)의 상측 부분과 하측 부분 사이의 거리에 영향을 미친다. 몇몇 실시예에서, 그러한 영향은 마이크로폰 시스템의 감도를 변화시킬 수 있다. 하지만, 이는 몇몇 실시예에서는 유익할 수 있다. 거리 변화의 양은 가산기(284)를 사용하여 증폭기(282a, 282b)로부터의 증폭기 출력의 합을 평가하는 것에 의해 측정될 수 있다. 그러한 실시예에서, 생성된 합 신호는 절대 압력에 비례하고 고도 기능에 사용될 수 있고 또한 마이크로폰 시스템에서의 감도 변화를 보상하는 데에 사용될 수 있다.
도 8은 애플리케이션 프로세서(308)에 결합된 집적 회로(IC)(306)와 동적 압력 센서(304)를 포함하는 실시예의 동적 압력 센서 시스템의 블록도를 도시한다. 동적 압력 센서(304)는 본 명세서에 기술된 실시예 혹은 그 등가물 중 임의의 것에 따라 기능할 수 있다. 집적 회로(306)는 임의의 타입의 집적 회로, 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러 혹은 원하는 목적에 적합한 다른 프로세싱 디바이스일 수 있다. 집적 회로(306)의 특정한 예시 구현은 아래의 도 10에 도시된다. 다수의 실시예에 따르면, 집적 회로(306) 및 애플리케이션 프로세서(308)는 동적 압력 센서(304)에 의해 감지된 압력 변화를 변환 및 해석한다. 특정한 구현에 따라서는, 집적 회로(306) 및 애플리케이션 프로세서(308)는 상이한 기능을 수행할 수 있다. 고도 추적을 수반하는 예시적 실시예에서, 집적 회로(306)는 변환 및 필터링된 신호가 애플리케이션 프로세서(308)에 공급되기 전에, 감지된 압력 신호를 변환 및 필터링할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(308)는 현재의 고도를 결정하기 위해 고도 변화를 추적할 수 있다. 하나의 실시예에서, 애플리케이션 프로세서(308)는 감지된 압력 변화의 적분 기능(integration function)을 수행하고 현재의 고도를 결정한다. 다수의 실시예에 따르면, 절대 압력 센서에 대한 동적 압력 센서(304)의 감도 증가로 인해, 애플리케이션 프로세서(308)는 센티미터 미만의 정밀도로 고도 변화를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 집적 회로(306)는 상술한 적분 기능 혹은 다른 압력 변화 추적을 구현할 수 있고 애플리케이션 프로세서(308)는 다른 시스템 기능에 사용될 수 있거나 혹은 몇몇 실시예에서 생략될 수 있다.
도 9a 및 9b는 다른 실시예의 동적 압력 센서 시스템(301, 302)의 블록도를 도시하는데, 각 시스템은 이전에 기술한 동적 압력 센서(304)와 함께 정적 압력 센서(310)를 포함한다. 다수의 실시예에 따르면, 도 9a는 동적 압력 센서(304), 정적 압력 센서(310) 및 IC(306)를 하나의 그룹으로 포함하는 동적 압력 센서 시스템(301)을 도시하는데, 이들은 단일 IC 상에 구현되거나, 시스템온칩(SoC)로서 구현되거나 또는 패키지 혹은 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 복수의 구성 요소로서 구현될 수 있다. 동적 압력 센서(304), 정적 압력 센서(310) 및 IC(306)는 IC(306)를 통하여 애플리케이션 프로세서(308)에 함께 결합된다. 각 블록의 기능은 본 명세서에 기술된 다른 실시예에서의 유사한 구성 요소에 유사하거나 동일하므로 다시 설명하지 않을 것이다.
다른 실시예에 따르면, 도 9b는 동적 압력 센서 시스템(302)을 도시하는데, 이 동적 압력 시스템(302)는 제 1 그룹으로서 동적 압력 센서(304) 및 IC(306)를 포함하고 제 2 그룹으로서 정적 압력 센서(310) 및 IC(307)를 포함한다. 각 그룹은 단일 IC 상에 구현되거나, 시스템온칩(SoC)로서 구현되거나 또는 패키지 혹은 인쇄 회로 기판 상의 복수의 구성 요소로서 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 동적 압력 센서(304) 및 정적 압력 센서(310)를 갖는 2개의 그룹은 하나의 SoC 내에 별개의 IC로서 혹은 하나의 PCB 상의 별개의 IC로서 구현될 수 있다. 동적 압력 센서(304)와 정적 압력 센서(310)의 양 센서는 제각기 IC(306)과 IC(307)를 통하여 애플리케이션 프로세서(308)에 함께 결합된다. 각 블록의 기능은 본 명세서에 기술된 다른 실시예에서의 유사한 구성 요소와 유사하거나 동일하여 다시 설명하지 않을 것이다.
도 10은 동적 압력 센서(304)와 IC(306)의 보다 상세한 실시예를 포함하는 실시예의 동적 압력 센서 시스템의 상세한 블록도를 도시한다. 다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서(304)는 바이어스 블록(312)와 기준 블록(314)으로부터의 기준 전압 VREF에 의해 바이어싱되는데, 기준 블록(314)은 로우-드롭아웃 레귤레이터(LDO)(low-dropout regulator)일 수 있다. 동적 압력 센서(304)는 감지되고 트랜스듀싱된 압력 변화를 증폭기(316)로 공급하고, 멀티플렉서(318)는 증폭된 압력 신호, (IC 혹은 센서의) 온도 비례 전압 혹은 기준 단자(322) 및 LDO(314)에 결합된 노드(320)로부터의 기준 전압을 선택한다. 멀티플렉서(318)의 출력은 ADC(324)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 필터(326)에 의해 필터링되고 디지털 버스 인터페이스(328)에 의해 디지털 버스와 인터페이싱한다. IC(306)는 또한 LDO(332)에 의해 공급된 디지털 전압 기준, 디지털 로직 연산을 위한 상태 머신(334), 디지털 연산 혹은 필터링을 위한 메모리(336) 및 임의의 디지털 블록에 클록킹(clock)하기 위한 발진기(338)를 포함할 수 있다. IC(306)에는 디지털 버스(330)로 결합하기 위한 입출력(I/O) 공급 전압 VDD_IO 뿐만 아니라 기준 단자 VDD 및 GND가 공급된다.
몇몇 실시예에서, 필터(326)는 프로세싱 회로(106)를 참조하여 위에서 기술한 바와 같은 프로세싱 혹은 필터링 단계 중 임의의 단계를 구현할 수 있다. 예컨대, 필터(326)는 역 하이패스 필터, 로우패스 혹은 하이패스 디지털 필터, 또는 적분 기능을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 필터(326)는 아날로그 필터이고 멀티플렉서(318)와 ADC(324) 사이에 결합되도록 재배치된다.
다른 실시예는 센서 및/또는 인터페이스 IC의 특정한 기능들을 구현하기 위해 상이한 기능 구성 요소 및/또는 추가의 기능 요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, IC(306)는 감지된 압력 신호를 선형화하는 데에 사용되는 디지털 정정 알고리즘을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 온도 정정은 온도 비례 전압 Vt을 사용하여 구현될 수 있다. 다수의 실시예에서, IC(306)는 또한 온도 정보 및/또는 공장 캘리브레이션 데이터를 디지털 버스(330)으로의 리드아웃으로서 제공한다.
도 11a~11r은 도 4의 실시예의 동적 압력 센서의 실시예 제조 공정을 도시한다. 다수의 실시예에 따르면, 도 11a는 실리콘 기판(402)으로 시작한다. 다른 실시예에서, 기판(402)은 실리콘 이외의 다른 재료일 수 있다. 도 11b는 기판(402) 상에 증착 혹은 성장되고 패터닝된 산화물 범프(404)를 도시한다. 도 11a~11r를 참조하여 기술되는 산화물은 달리 기재하지 않는 한, 실리콘 이산화물과 같은 반도체 산화물을 포함한다.
또 다른 산화물 층이 도 11c에 도시된 바와 같이 증착 혹은 성장되어 멤브레인 서포트(406)를 형성한다. 도시된 바와 같이, 산화물 범프는 멤브레인 서포트(406) 내에 범프 혹은 물결 형상부(corrugation)를 야기한다. 도 11d에서, 폴리실리콘 층이 증착되어 멤브레인(408)을 형성한다. 멤브레인(408)은 산화물 범프(404)로 인한 물결 형상부를 포함한다. 멤브레인(408)은 도핑된 혹은 도핑되지 않은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 예컨대, 멤브레인(408)은 인으로 도핑될 수 있다. 다음 단계에서, 멤브레인(408)은 패터닝되어 환기홀(410)이 도 11e에 도시된 바와 같이 형성된다. 위에서 기술한 바와 같이, 환기홀(410)의 직경에 의해 설정되는 환기홀(410)의 평면 면적은 다수의 실시예의 밴드패스 응답 특성의 저 주파수 컷오프 f L에 영향을 미친다. 게다가, 질량 및 강성(stiffness)에 영향을 미치는 멤브레인(408)의 두께는 또한, 고 주파수 컷오프 f H를 포함하는 밴드패스 응답과 최종 동적 압력 센서 디바이스의 감도에 영향을 미친다.
멤브레인(408)이 패터닝된 후, 두꺼운 산화물이 증착되어 도 11f에 도시된 바와 같이 백플레이트 서포트(412)를 형성한다. 도 11g는 백플레이트 서포트(412)가 패터닝되어 홀(414)을 형성하는 다음 단계를 도시한다. 그 다음에, 도 11h에 도시된 바와 같이, 백플레이트(416)가 증착된다. 백플레이트(416)는 도핑된 혹은 도핑되지 않은 폴리실리콘, 금속, 혹은 다양한 다른 도전성 재료로 형성될 수 있다. 도 11h에 도시된 바와 같이, 홀(414)은 딤플(dimple)이 백플레이트(416) 내에 형성되게 한다.
도 11i에서, 백플레이트(416)가 패터닝되어 천공(418)이 형성된다. 천공(418)은 백플레이트(416)를 통하여 에어가 흐를 수 있게 하여 완성된 디바이스의 동작 동안 멤브레인(408)을 변위시킬 수 있도록 하기 위해 백플레이트(416)의 구조를 관통하여 배치된다. 백플레이트 서포트(412)는 도 11j에 도시된 바와 같이 패터닝된다. 백플레이트(416) 내의 천공(418)의 크기(직경) 및 개수는 밴드패스 응답 특성에서의 고 주파수 컷오프 f H에 영향을 미친다. 백플레이트(412)를 패터닝한 후, 패시베이션 층(420)이 도 11k에 도시된 바와 같이 증착된다. 패시베이션 층(420)은 형성된 구조를 덮고 또한 백플레이트(416) 내의 천공(418) 사이를 지나간다. 도 11l에 도시된 바와 같이, 금속 컨택트(422)가 증착 및 패터닝되어 기판(402), 백플레이트(416) 및 멤브레인(408)과의 컨택트를 형성한다.
또 다른 패시베이션 층(424)이 도 11m에 도시된 바와 같이 증착되고 도 11n에 도시된 바와 같이 컨택트(422)를 노출시키도록 패터닝된다. 후면 에칭(backside etch)이 기판(402) 내에서 실행되어 도 11o에 도시된 바와 같이 공동(426)을 형성한다. 다양한 실시예들에 따라, BOSCH 에칭 프로세스는 후면 에칭을 구현하고 공동(426)을 형성하도록 수행된다. 패시베이션 층(420, 424)의 상부에 임시 보호층(428)이 도 11p에 도시된 바와 같이 증착되어, 릴리즈(release) 단계 동안 백플레이트(416) 및 멤브레인(408)을 보호한다. 릴리즈 단계가 실행되어 도 11q에 도시된 바와 같이 백플레이트(416)와 멤브레인(408)을 릴리즈한다. 마지막으로, 임시 보호층(428)이 제거되어 도 11r에 도시된 바와 같이 컨택트(422)를 노출시킨다.
도 11a 내지 도 11r에 기술된 실시예의 제조 시퀀스에 대한 다양한 변형이 가능하다. 더욱이, 구조가 여러 실시예에서 변형될 수 있고 제조 시퀀스에 대한 변형이 예상된다. 본 명세서에 기술된 다수의 단계 및 관련하는 도면은 예시적인 것이다. 다수의 실시예에 따르면, 구조는 경사진 측벽, 거친 표면 및 여러 치수를 포함할 수 있다. 제조 방법은 또한 미국 특허 제 7,912,236 호(발명의 명칭: “Sound Transducer Structure and Method for Manufacturing a Sound Transducer Structure”)(출원일: 2006년 12월 6일, 특허허여일: 2011년 3월 22일)(그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 인용된다)에 개시된 바에 따라 사용될 수 있다.
도 12a 내지 도 12h는 도 5의 실시예의 동적 압력 센서에 대한 실시예의 제조 공정 흐름도를 도시한다. 제조 시퀀스는 도 12a에 도시된 바와 같이 기판(502)로 시작한다. 감지 전극(504)이 도 12b에 도시된 바와 같이 기판(502) 내에 형성된다. 다수의 실시예에 따르면, 기판(502)은 도핑된 혹은 도핑되지 않은 실리콘일 수 있고 감지 전극(504)는 이온 주입 등을 통하여, 감지 전극(504)으로 되는 영역에 도핑함으로써 형성될 수 있다. 하나의 특정한 실시예에서, 기판(502)은 p타입 도핑된 실리콘이고, 감지 전극(504)은 기판(502) 내의 n타입 도핑된 웰이다. 다른 실시예에서, 감지 전극(504)은 산화물 층(도시하지 않음)에 의해 기판(502)으로부터 분리된 폴리실리콘 층이다.
감지 전극(504)이 형성된 후, 산화물 층(506)이 도 12c에 도시된 바와 같이 기판(502) 및 감지 전극(504) 위에 형성된다. 그 다음에, 도 12d에 도시된 후속 단계에서, 멤브레인 층(508)이 증착된다. 멤브레인 층은 도핑된 혹은 도핑되지 않은 폴리실리콘으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 도전성 및 변형가능한 재료가 사용될 수 있다. 그 다음에, 도 12e에 도시된 바와 같이, 멤브레인 층(508)은 패터닝되어 환기홀(510)이 형성된다. 다수의 실시예에서, 하나의 환기홀(510)이 형성되거나 혹은 복수의 환기홀이 상이한 크기로 형성될 수 있다. 환기홀(510)의 직경은 밴드패스 응답의 저 주파수 컷오프 f L에 영향을 미친다. 멤브레인 층(508)의 질량을 설정하는 두께는 밴드패스 응답의 고 주파수 컷오프 f H에 영향을 미친다.
그 다음에, 산화물 층(506)은 도 12f에 도시된 바와 같이 패터닝된다. 금속 컨택트가 도 12g에 도시된 바와 같이 증착된다. 마지막으로, 멤브레인 층(508)은 도 12h에 도시된 바와 같이 산화물 층(506)의 일부를 제거하는 릴리즈 에칭을 통하여 릴리즈된다. 이 릴리즈 에칭은 이러한 표면 미세기계가공 제조 시퀀스에 따른 최종 동적 압력 센서를 생성한다. 그러한 공정에 대한 다양한 변형이 당업자에게 쉽게 이해될 것이다.
도 13은 단계 605~630을 포함하는, 동적 압력 센서 시스템에 대한 동작 방법(600)의 실시예의 블록도를 도시한다. 다수의 실시예에 따르면, 단계(605)는 기준 볼륨과 주위 볼륨 간의 압력 차이에 응답하여 감지 멤브레인의 변형을 측정하는 것을 포함한다. 감지 멤브레인은 주위 볼륨으로부터 기준 볼륨을 분리하고 이들 두 볼륨 간의 압력 차이가 존재하는 때 변형된다. 단계(610)는 그러한 측정에 근거하여 동적 압력 신호를 생성하는 것을 포함한다. 단계(615)에서, 동적 압력 신호는 필터링된다. 동적 압력 신호를 필터링하는 것은 동적 압력 신호에서 0.1Hz 미만과 100Hz 초과의 주파수 성분을 제거하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 동적 압력 신호를 필터링하는 것은 동적 압력 신호에서 10Hz 미만과 1kHz 초과의 주파수 성분을 제거하는 것을 포함한다. 다수의 실시예에서, 저 컷오프 주파수 및 고 컷오프 주파수는 응용에 따라서 임의의 것일 수 있다. 단계(620)는 기준 볼륨과 주위 볼륨 간의 압력 차이를 등화하는 것을 포함한다. 단계(625)는 동적 압력 신호를 적분하는 것을 포함한다. 마지막으로, 단계(630)는 이 적분에 근거하여 압력 이력 신호(pressure history signal)를 생성하는 것을 포함한다. 단계들(605~630)은 다수의 실시예에서 여러 시퀀스로 수행될 수 있고 방법(600)은 또한 열거되지 않은 다른 단계를 포함할 수 있다.
다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서은 기판과, 상기 기판 내에 형성된 기준 볼륨(a reference volume)과, 상기 기준 볼륨을 밀봉하는 변형가능한 멤브레인과, 상기 멤브레인에 결합되고 상기 멤브레인의 변형을 측정하도록 구성된 변형 감지 요소와, 상기 기준 볼륨 내부의 절대 압력을 상기 기준 볼륨 외부의 절대 주위 압력과 등화시키도록 구성된 환기홀을 포함한다. 동적 압력 센서는 초저주파의 저 주파수 컷오프(infrasonic low frequency cutoff)와 약 1kHz의 고 주파수 컷오프(high frequency cutoff)를 갖는 밴드패스 주파수 응답을 포함한다.
다수의 실시예에서, 동적 압력 센서는 또한 절대 압력 센서를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 저 주파수 컷오프는 상기 환기홀의 평면 면적의 함수이다. 상기 환기홀은 복수의 환기홀일 수 있고, 상기 저 주파수 컷오프는 상기 복수의 환기홀의 평면 면적의 합의 함수이다. 몇몇 실시예에서, 상기 변형 감지 요소는 상기 변형가능한 멤브레인으로부터 분리 거리 만큼 오프셋되어 있는 천공된 백플레이트(perforated backplate)를 포함하고, 상기 천공된 백플레이트는 상기 변형가능한 멤브레인과 함께 용량성 센서를 형성한다. 상기 천공된 백플레이트는 복수의 천공홀을 포함한다.
다수의 실시예에서, 상기 고 주파수 컷오프는 상기 복수의 천공홀의 평면 면적의 합의 함수이다. 상기 동적 압력 센서는 상기 동적 압력 센서에 결합된 리드아웃 집적 회로를 또한 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 상기 집적 회로는 압력 변화의 이력을 기록하고 상기 압력 변화의 이력과 관련된 신호를 출력한다. 상기 압력 변화의 이력과 관련된 상기 신호는 상기 압력 변화를 적분하는 것에 의해 생성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 밴드패스 주파수 응답은 0.1Hz의 저 주파수 컷오프와 10Hz의 고 주파수 컷오프를 포함한다.
다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서를 동작시키는 방법은 기준 볼륨과 주위 볼륨 간의 압력 차이에 응답하여 감지 멤브레인의 변형을 측정하는 단계와, 상기 측정에 근거하여 동적 압력 신호를 생성하는 단계와, 상기 동적 압력 신호를 필터링하는 단계와, 상기 기준 볼륨과 상기 주위 볼륨 간의 상기 압력 차이를 등화하는 단계와, 상기 동적 압력 신호를 프로세싱하는 단계와, 상기 프로세싱에 근거하여 압력 이력 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 감지 멤브레인은 상기 기준 볼륨을 상기 주위 볼륨으로부터 분리한다. 그러한 실시예에서, 상기 필터링은 상기 동적 압력 신호에서 제 1 주파수 미만과 제 2 주파수 초과의 주파수 성분을 제거하는 것을 포함한다.
다수의 실시예에서, 상기 측정하는 단계, 상기 생성하는 단계, 상기 필터링하는 단계 및 상기 등화하는 단계는 MEMS 마이크로폰을 사용하여 수행된다. 또한, 상기 동적 압력 신호에서 상기 제 1 주파수 미만의 주파수 성분을 제거하는 것은 상기 감지 멤브레인의 기계적 구조의 함수로서 수동적으로(passively) 수행될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 변형을 측정하는 단계는 상기 감지 멤브레인 아래의 기판 상에 배치된 전극을 사용하여 상기 감지 멤브레인의 변형을 감지하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 변형을 측정하는 단계는 천공된 용량성 백플레이트를 사용하여 상기 감지 멤브레인의 변형을 감지하는 것을 포함한다. 상기 동적 압력 신호에서 상기 제 2 주파수 초과의 주파수 성분을 제거하는 것은 상기 천공된 용량성 백플레이트와 상기 감지 멤브레인의 기계적 구조의 함수로서 수동적으로 수행될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 기준 볼륨과 상기 주위 볼륨 간의 상기 압력 차이를 등화하는 단계는 상기 기준 볼륨과 상기 주위 볼륨 사이에 접속된 환기홀을 통하여 상기 압력 차이를 수동적으로 등화하는 것을 포함한다.
다수의 실시예에서, 상기 제 1 주파수는 0.1Hz이고 상기 제 2 주파수는 10Hz이다. 상기 프로세싱은 상기 동적 압력 신호를 적분하는 것을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 프로세싱은 상기 동적 압력 신호에 역 하이패스 필터 기능을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 감지 멤브레인으로 오디오 신호를 감지하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 상기 방법은 제 1 기능 및 제 2 기능을 수행하도록 오디오 프로세서를 동작시키는 단계를 더 포함한다. 상기 제 1 기능은 상기 동적 압력 신호를 프로세싱하고 이 프로세싱에 근거하여 압력 이력 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 제 2 기능은 감지된 상기 오디오 신호를 프로세싱하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 오디오 프로세서는 제어 신호에 근거하여 상기 제 1 기능과 상기 제 2 기능 간에 스위칭한다.
다수의 실시예에 따르면, 압력 감지 시스템은 동적 압력 센서와 상기 동적 압력 센서에 결합된 집적 회로와, 상기 집적 회로에 결합된 애플리케이션 프로세서를 포함한다. 상기 동적 압력 센서는 제 1 주파수 범위의 주파수 성분을 포함하는 압력 변화를 감지하도록 구성된다. 상기 집적 회로는 감지된 상기 압력 변화에 근거하여 디지털 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 애플리케이션 프로세서는 상기 디지털 압력 신호에 근거하여 고도 변화를 결정하도록 구성된 애플리케이션 프로세서를 포함한다.
다수의 실시예에서, 상기 동적 압력 센서는 용량성 MEMS 압력 센서를 포함한다. 상기 MEMS 압력 센서는 기준 볼륨을 밀봉하는 변형가능한 멤브레인과, 상기 기준 볼륨 내부의 절대 압력을 상기 기준 볼륨 외부의 절대 주위 압력과 등화시키도록 구성된 환기홀과, 상기 변형가능한 멤브레인에 용량적으로 결합되고, 상기 기준 볼륨 외측에 상기 변형가능한 멤브레인으로부터 오프셋되어 있는 천공된 백플레이트를 포함한다.
다수의 실시예에서, 상기 집적 회로는 증폭기, 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 필터를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 애플리케이션 프로세서는 상기 디지털 압력 신호를 적분하는 것에 의해 상기 고도 변화를 결정한다. 몇몇 실시예에 따르면, 상기 변형가능한 멤브레인은 상기 환기홀을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 압력 감지 시스템은 모바일 폰에 내장될 수 있다. 상기 제 1 주파수 범위는 0.1Hz와 20kHz 사이의 주파수를 포함할 수 있다. 상기 동적 압력 센서는 마이크로폰이다.
다수의 실시예에 따르면, 동적 압력 센서는 압력 변화를 동적으로 감지하도록 구성된 마이크로폰과, 상기 마이크로폰에 결합된 고도 측정 회로를 포함한다. 상기 고도 측정 회로는 상기 마이크로폰으로부터 동적 압력 신호를 수신하고 상기 동적 압력 신호에 근거하여 고도 변화를 결정하도록 구성된다.
다수의 실시예에서, 상기 고도 측정 회로는 상기 동적 압력 신호에 밴드패스 필터를 인가하고,상기 고도 변화를 결정하기 위해 상기 동적 압력 신호에 역 하이패스 필터를 인가하는 것에 의해 상기 고도 변화를 결정하도록 구성된다. 상기 밴드패스 필터는 0.1Hz 미만 및 10Hz 초과의 주파수 성분을 상기 동적 압력 신호로부터 제거한다. 몇몇 실시예에서, 동적 압력 센서는 상기 마이크로폰에 결합된 오디오 프로세싱 회로를 또한 포함한다. 상기 오디오 프로세싱 회로는 상기 마이크로폰으로부터 오디오 신호를 수신하고 오디오 출력 신호를 생성하도록 구성된다.
다수의 실시예의 이점은 감도가 상당히 증가하고 몇몇 실시예에서 실리콘 사용 면적을 줄이고 결합된 정적 및 동적 압력 감지를 갖는 동적 압력 센서를 포함할 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 기술되었지만, 이러한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 다른 실시예 뿐만 아니라 예시적 실시예의 다양한 변형 및 조합이 이상의 설명을 참조할 때 당업자에게 분명할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 임의의 이러한 변형 혹은 실시예를 포함하는 것으로 간주된다.
100, 101, 103: 동적 압력 센서 시스템 102: 압력 변화
104: 동적 압력 센서 105: AC 커플링
106: 프로세싱 회로
107: 아날로그-디지털 변환기(ADC)
109: 디지털 필터 110: 정적 압력 센서
112: 멀티플렉서 114: 압력 신호
116: 오디오 프로세싱 회로 118: 고도 프로세싱 회로
120: 멤브레인 122: 기준 볼륨
126: 변형 감지 요소 130: 환기홀
200: 동적 압력 센서 204: 기판
206: 측벽 208: 변형가능한 멤브레인
210: 강성 백플레이트 212: 공동
214: 스페이서 216: 환기홀
218: 천공 224: 기판
230: 전극 228: 멤브레인
232: 공동 236: 환기홀
304: 동적 압력 센서 306: 집적 회로
308: 애플리케이션 프로세서 310: 정적 압력 센서
312: 바이어스 블록 314: 기준 블록
316: 증폭기 318: 멀티플렉서
320: 노드 322: 기준 단자
324: ADC 326: 필터
328: 디지털 버스 인터페이스 330: 디지털 버스
332: 로우-드롭아웃 레귤레이터(LDO) 334: 상태 머신
336: 메모리 338: 발진기
402: 기판 404: 산화물 범프
406: 멤브레인 서포트 408: 멤브레인
410: 환기홀 412: 백플레이트 서포트
414: 홀 416: 백플레이트
418: 천공 420: 패시베이션 층
422: 금속 컨택트 426: 공동
428: 임시 보호층
104: 동적 압력 센서 105: AC 커플링
106: 프로세싱 회로
107: 아날로그-디지털 변환기(ADC)
109: 디지털 필터 110: 정적 압력 센서
112: 멀티플렉서 114: 압력 신호
116: 오디오 프로세싱 회로 118: 고도 프로세싱 회로
120: 멤브레인 122: 기준 볼륨
126: 변형 감지 요소 130: 환기홀
200: 동적 압력 센서 204: 기판
206: 측벽 208: 변형가능한 멤브레인
210: 강성 백플레이트 212: 공동
214: 스페이서 216: 환기홀
218: 천공 224: 기판
230: 전극 228: 멤브레인
232: 공동 236: 환기홀
304: 동적 압력 센서 306: 집적 회로
308: 애플리케이션 프로세서 310: 정적 압력 센서
312: 바이어스 블록 314: 기준 블록
316: 증폭기 318: 멀티플렉서
320: 노드 322: 기준 단자
324: ADC 326: 필터
328: 디지털 버스 인터페이스 330: 디지털 버스
332: 로우-드롭아웃 레귤레이터(LDO) 334: 상태 머신
336: 메모리 338: 발진기
402: 기판 404: 산화물 범프
406: 멤브레인 서포트 408: 멤브레인
410: 환기홀 412: 백플레이트 서포트
414: 홀 416: 백플레이트
418: 천공 420: 패시베이션 층
422: 금속 컨택트 426: 공동
428: 임시 보호층
Claims (34)
- 동적 압력 센서로서,
기판과,
상기 기판 내에 형성된 기준 볼륨(reference volume)과,
상기 기준 볼륨을 밀봉하는 변형가능한 멤브레인(a deflectable membrane)과,
상기 기준 볼륨 내부의 절대 압력(an absolute pressure)을 상기 기준 볼륨 외부의 절대 주위 압력과 등화(equalize)시키도록 구성된 환기홀(a ventilation hole)과,
상기 멤브레인에 결합되고 상기 멤브레인의 변형을 측정하도록 구성된 변형 감지 요소(a deflection sensing element)를 포함하되,
상기 동적 압력 센서는 초저주파의 저 주파수 컷오프(infrasonic low frequency cutoff)와 1kHz의 고 주파수 컷오프(high frequency cutoff)를 갖는 밴드패스(bandpass) 주파수 응답을 포함하는
동적 압력 센서.
- 제 1 항에 있어서,
절대 압력 센서를 더 포함하는
동적 압력 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 저 주파수 컷오프는 상기 환기홀의 평면 면적의 함수인
동적 압력 센서.
- 제 3 항에 있어서,
상기 환기홀은 복수의 환기홀을 포함하고, 상기 저 주파수 컷오프는 상기 복수의 환기홀의 평면 면적의 합의 함수인
동적 압력 센서.
- 제 3 항에 있어서,
상기 변형 감지 요소는 상기 변형가능한 멤브레인으로부터 분리 거리 만큼 오프셋되어 있고 상기 변형가능한 멤브레인과 함께 용량성 센서를 형성하는 천공된 백플레이트(perforated backplate)를 포함하되, 상기 천공된 백플레이트는 복수의 천공홀을 갖는
동적 압력 센서. - 제 5 항에 있어서,
상기 고 주파수 컷오프는 상기 복수의 천공홀의 평면 면적의 합의 함수인
동적 압력 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 동적 압력 센서에 결합된 리드아웃 집적 회로(a readout integrated circuit)를 더 포함하는
동적 압력 센서.
- 제 7 항에 있어서,
상기 집적 회로는 압력 변화의 이력을 기록하고 상기 압력 변화의 이력과 관련된 신호를 출력하는
동적 압력 센서.
- 제 8 항에 있어서,
상기 압력 변화의 이력과 관련된 상기 신호는 상기 압력 변화를 적분하는 것에 의해 생성되는
동적 압력 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 밴드패스 주파수 응답은 0.1Hz의 저 주파수 컷오프와 10Hz의 고 주파수 컷오프를 포함하는
동적 압력 센서.
- 동적 압력 센서를 동작시키는 방법으로서,
기준 볼륨과 주위 볼륨 간의 압력 차이에 응답하여 감지 멤브레인(sensing membrane)의 변형을 측정하는 단계 ― 상기 감지 멤브레인은 상기 기준 볼륨을 상기 주위 볼륨으로부터 분리함 ― 와,
상기 측정에 근거하여 동적 압력 신호를 생성하는 단계와,
상기 동적 압력 신호를 필터링하는 단계 ― 상기 필터링은 상기 동적 압력 신호에서 제 1 주파수 미만과 제 2 주파수 초과의 주파수 성분을 제거하는 것을 포함함 ― 와,
상기 기준 볼륨과 상기 주위 볼륨 간의 상기 압력 차이를 등화하는 단계와,
상기 동적 압력 신호를 프로세싱하는 단계와,
상기 프로세싱에 근거하여 압력 이력 신호를 생성하는 단계를 포함하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 측정하는 단계, 상기 생성하는 단계, 상기 필터링하는 단계 및 상기 등화하는 단계는 미세전자기계 시스템(MEMS) 마이크로폰을 사용하여 수행되는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 동적 압력 신호에서 상기 제 1 주파수 미만의 주파수 성분을 제거하는 것은 상기 감지 멤브레인의 기계적 구조의 함수로서 수동적으로(passively) 수행되는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 변형을 측정하는 단계는 상기 감지 멤브레인 아래의 기판 상에 배치된 전극을 사용하여 상기 감지 멤브레인의 변형을 감지하는 단계를 포함하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 변형을 측정하는 단계는 천공된 용량성 백플레이트(perforated capacitive backplate)를 사용하여 상기 감지 멤브레인의 변형을 감지하는 단계를 포함하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 동적 압력 신호에서 상기 제 2 주파수 초과의 주파수 성분을 제거하는 것은 상기 천공된 용량성 백플레이트와 상기 감지 멤브레인의 기계적 구조의 함수로서 수동적으로 수행되는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 기준 볼륨과 상기 주위 볼륨 간의 상기 압력 차이를 등화하는 단계는 상기 기준 볼륨과 상기 주위 볼륨 사이에 접속된 환기홀을 통하여 상기 압력 차이를 수동적으로 등화하는 단계를 포함하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 주파수는 0.1Hz이고 상기 제 2 주파수는 10Hz인
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 프로세싱은 상기 동적 압력 신호를 적분하는 것을 포함하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 프로세싱은 상기 동적 압력 신호에 역 하이패스 필터 기능을 인가하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 감지 멤브레인의 변형을 측정하는 단계는 상기 감지 멤브레인으로 오디오 신호를 감지하는 단계를 더 포함하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 동적 압력 신호를 생성하는 단계 이후에, 제 1 기능 및 제 2 기능을 수행하도록 오디오 프로세서를 동작시키는 단계를 더 포함하되,
상기 제 1 기능은 상기 동적 압력 신호를 프로세싱하고 이 프로세싱에 근거하여 압력 이력 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 기능은 감지된 상기 오디오 신호를 프로세싱하는 단계를 포함하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 오디오 프로세서는 제어 신호에 근거하여 상기 제 1 기능과 상기 제 2 기능 간에 스위칭하는
동적 압력 센서 동작 방법.
- 압력 감지 시스템으로서,
제 1 주파수 범위의 주파수 성분을 포함하는 압력 변화를 감지하도록 구성된 동적 압력 센서와,
상기 동적 압력 센서에 결합되어, 감지된 상기 압력 변화에 근거하여 디지털 압력 신호를 생성하도록 구성된 집적 회로와,
상기 집적 회로에 결합되어, 상기 디지털 압력 신호에 근거하여 고도 변화를 결정하도록 구성된 애플리케이션 프로세서를 포함하는
압력 감지 시스템.
- 제 24 항에 있어서,
상기 동적 압력 센서는 용량성 MEMS 압력 센서를 포함하고,
상기 MEMS 압력 센서는,
기준 볼륨을 밀봉하는 변형가능한 멤브레인과,
상기 기준 볼륨 내부의 절대 압력을 상기 기준 볼륨 외부의 절대 주위 압력과 등화시키도록 구성된 환기홀과,
상기 변형가능한 멤브레인에 용량적으로 결합되고, 상기 기준 볼륨 외측에 상기 변형가능한 멤브레인으로부터 오프셋되어 있는 천공된 백플레이트를 포함하는
압력 감지 시스템.
- 제 25 항에 있어서,
상기 집적 회로는 증폭기, 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 필터를 포함하는
압력 감지 시스템.
- 제 26 항에 있어서,
상기 애플리케이션 프로세서는 상기 디지털 압력 신호를 적분하는 것에 의해 상기 고도 변화를 결정하는
압력 감지 시스템.
- 제 25 항에 있어서,
상기 변형가능한 멤브레인은 상기 환기홀을 포함하는
압력 감지 시스템.
- 제 25 항에 있어서,
모바일 폰을 더 포함하고, 상기 압력 감지 시스템은 상기 모바일 폰에 내장되어 있는
압력 감지 시스템.
- 제 24 항에 있어서,
상기 제 1 주파수 범위는 0.1Hz와 20kHz 사이의 주파수를 포함하는
압력 감지 시스템.
- 제 24 항에 있어서,
상기 동적 압력 센서는 마이크로폰인
압력 감지 시스템.
- 동적 압력 센서로서,
압력 변화를 동적으로 감지하도록 구성된 마이크로폰과,
상기 마이크로폰에 결합되어, 상기 마이크로폰으로부터 동적 압력 신호를 수신하고 상기 동적 압력 신호에 근거하여 고도 변화를 결정하도록 구성된 고도 측정 회로를 포함하는
동적 압력 센서.
- 제 32 항에 있어서,
상기 고도 측정 회로는,
상기 동적 압력 신호에 밴드패스 필터 ― 상기 밴드패스 필터는 0.1Hz 미만 및 10Hz 초과의 주파수 성분을 상기 동적 압력 신호로부터 제거함 ― 를 인가하고,
상기 고도 변화를 결정하기 위해 상기 동적 압력 신호에 역 하이패스 필터를 인가하는 것에 의해
상기 고도 변화를 결정하도록 구성되는
동적 압력 센서.
- 제 32 항에 있어서,
상기 마이크로폰에 결합된 오디오 프로세싱 회로를 더 포함하고, 상기 오디오 프로세싱 회로는 상기 마이크로폰으로부터 오디오 신호를 수신하고 오디오 출력 신호를 생성하도록 구성된
동적 압력 센서.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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