TWI437231B - 可補償電容偏移的微機電電路及其方法 - Google Patents

可補償電容偏移的微機電電路及其方法 Download PDF

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Description

可補償電容偏移的微機電電路及其方法
本發明係有關於一種微機電電路，尤指一種藉由一補償電路補償電容偏移的微機電電路。
在先前技術中，因為加速度計內的微機電差動電容與讀取電路的製程變異所造成的電容變異，所以加速度計具有零G偏移，導致感應器因具有零G偏移的加速度計，產生錯誤的感測結果。
由於加速度計的設計者無法避免加速度計具有零G偏移，因此，如何設計一個不受微機電差動電容與讀取電路的製程變異影響的加速度計，成為加速度計的設計者的一個重要課題。
本發明的一實施例提供一種可補償電容偏移的微機電電路。該微機電電路包含一微機電差動電容、一讀取電路、一控制電路及一補償電路。該微機電差動電容包含一第一電容與一第二電容；該讀取電路係耦接於該微機電差動電容，用以讀取該第一電容與該第二電容之間在一零G情況時的差值，並根據該差值，產生一輸出訊號；該控制電路係耦接於該讀取電路，用以接收該輸出訊號，並產生一控制訊號；該補償電路係耦接於該控制電路，用以根據該控制訊號，補償該微機電差動電容。
本發明的另一實施例提供一種微機電電路補償電容偏移的方法。該方法包含讀取一微機電差動電容中的一第一電容與一第二電容之間在一零G情況時的差值；根據該差值，產生一輸出訊號；接收該輸出訊號，並產生一控制訊號；根據該控制訊號，補償該微機電差動電容。
本發明提供一種可補償電容偏移的微機電電路。該微機電電路係利用一讀取電路讀取一第一電容與一第二電容之間在一零G情況時的差值，以及產生一輸出訊號。然後，一控制電路可根據一查閱表及該輸出訊號，產生一控制訊號。而一補償電路可根據該控制訊號，以補償一微機電差動電容。另外，該微機電差動電容另可透過一第一耦接開關關閉以及一第二耦接開關開啟和該補償電路隔離。由於本發明可利用該補償電路補償該微機電差動電容與該讀取電路的製程變異所造成的一電容變異，所以本發明可改善該讀取電路因為該電容變異所造成的零G偏移，而產生一錯誤的輸出訊號。
請參照第1圖，第1圖係為本發明的一實施例說明一種可補償電容偏移的微機電電路100的示意圖。微機電電路100包含一微機電差動電容102、一讀取電路104、一控制電路106及一補償電路108。微機電差動電容102包含一第一電容1022與一第二電容1024，其中第一電容1022係與第二電容1024在一零G情況時可為相同或相異。讀取電路104係耦接於微機電差動電容102，用以讀取第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff，並根據差值Diff，產生一輸出訊號OS；控制電路106係耦接於讀取電路104，用以接收輸出訊號OS，並根據微機電電路100另包含的一查閱表110及輸出訊號OS，產生一控制訊號CS，其中控制訊號CS係為一4位元訊號。但4位元的控制訊號CS僅係用以說明本發明，因此本發明並不受限於控制訊號CS係為4位元訊號。補償電路108係耦接於控制電路106，用以根據控制訊號CS，補償微機電差動電容102。
如第1圖所示，第一電容1022具有一第一端，耦接於讀取電路104，及一第二端，耦接於讀取電路104；第二電容1024具有一第一端，耦接於第一電容1022的第二端，及一第二端，耦接於讀取電路104。
如第1圖所示，補償電路108包含一第一開關1082、一第二開關1084、一第三開關1086及一可變電容1088。第一開關1082具有一第一端，耦接於第一電容1022的第一端，及一第二端，用以接收控制訊號CS，及一第三端；第二開關1084具有一第一端，耦接於第一開關1082的第三端，一第二端，用以接收控制訊號CS，及一第三端，耦接於第二電容1024的第二端；第三開關1086具有一第一端，耦接於第一開關1082的第三端，一第二端，用以接收控制訊號CS，及一第三端，耦接於一地端GND；可變電容1088係耦接於第一開關1082的第三端與第一電容1022的第二端之間，其中可變電容1088係根據控制訊號CS，改變可變電容1088的電容值，以補償微機電差動電容102。如第1圖所示，可變電容1088包含4個電容單元10881-10884，每一電容單元1088i包含一電容1088i2具有一第一端，耦接於第一開關1082的第三端，及一第二端；一開關1088i4具有一第一端，耦接於電容1088i2的第二端，一第二端，用以接收控制訊號CS，及一第三端，耦接於第一電容1022的第二端，其中0≦i≦4，且i係為正整數。例如，電容單元10881包含一電容108812具有一第一端，耦接於第一開關1082的第三端，及一第二端；一開關108814具有一第一端，耦接於電容108812的第二端，一第二端，用以接收控制訊號CS，及一第三端，耦接於第一電容1022的第二端。但4個電容單元10881-10884僅係用以說明本發明，因此本發明並不受限於4個電容單元10881-10884。另外，在本發明的另一實施例，開關1088i4的第一端係耦接於第一開關1082的第三端；電容1088i2的第一端係耦接於開關1088i4的第二端，以及電容1088i2的第二端係耦接於第一電容1022的第二端。
如第1圖所示，當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係等於預設值(微機電電路100沒有零G偏移)時，讀取電路104根據差值Diff，產生輸出訊號OS。控制電路106即可根據輸出訊號OS和查閱表110，產生控制訊號CS。而補償電路108中的第一開關1082與第二開關1084根據控制訊號CS關閉，且第三開關1086根據控制訊號CS開啟。因為第三開關1086開啟，所以可變電容1088中的電容108812-108842的第一端皆耦接於地端GND。亦即可變電容1088被視為讀取電路104內的寄生電容，且不補償第一電容1022與第二電容1024。另外，如果第一電容1022與第二電容1024相同，則預設值係為零；如果第一電容1022與第二電容1024不同，則預設值係為一定值，例如10 fF。但本發明並不受限於預設值係為10 fF。
當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係大於預設值(微機電電路100具有零G偏移)時，讀取電路104根據差值Diff，產生輸出訊號OS。控制電路106即可根據輸出訊號OS和查閱表110，產生控制訊號CS。而補償電路108中的第一開關1082與第三開關1086根據控制訊號CS關閉，且第二開關1084根據控制訊號CS開啟。因為第二開關1084開啟，所以可變電容1088係和第二電容1024並聯。亦即可變電容1088補償第二電容1024。
當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係小於預設值(微機電電路100具有零G偏移)時，讀取電路104根據差值Diff，產生輸出訊號OS。控制電路106即可根據輸出訊號OS和查閱表110，產生控制訊號CS。而補償電路108中的第二開關1084與第三開關1086根據控制訊號CS關閉，且第一開關1082根據控制訊號CS開啟。因為第一開關1082開啟，所以可變電容1088係和第一電容1022並聯。亦即可變電容1088補償第一電容1022。
但本發明並不受限於當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係大於預設值時，微機電電路100利用可變電容1088補償第二電容1024，以及當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係小於預設值時，微機電電路100利用可變電容1088補償第一電容1022。亦即在本發明的另一實施例中，當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係小於預設值時，微機電電路100利用可變電容1088補償第二電容1024，以及當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係大於預設值時，微機電電路100利用可變電容1088補償第一電容1022。
補償過微機電差動電容102之後，當一使用者移動微機電電路100時，第一電容1022可根據所包含的第一質量塊的位移，改變第一電容1022的電容值；第二電容1024可根據所包含的第二質量塊的位移，改變第二電容1024的電容值。因此，讀取電路104即可根據第一電容1022與第二電容1024之間的新差值，產生一新輸出訊號至一加速度計。
請參照第2圖，第2圖係為本發明的另一實施例說明一種可補償電容偏移的微機電電路200的示意圖。微機電電路200和微機電電路100的差別在於微機電電路200另包含一第一耦接開關202與一第二耦接開關204。第一耦接開關202具有一第一端，耦接於補償電路108，及一第二端，用以接收控制訊號CS，及一第三端，耦接於第一電容1022的第二端；第二耦接開關204具有一第一端，耦接於補償電路108，及一第二端，用以接收控制訊號CS，及一第三端，耦接於地端GND。
如第2圖所示，可變電容1088係耦接於第一開關1082的第三端與第一耦接開關202的第一端之間，其中可變電容1088係根據控制訊號CS，改變可變電容1088的電容值，以補償微機電差動電容102。如第2圖所示，可變電容1088包含4個電容單元10881-10884，每一電容單元1088i包含一電容1088i2具有一第一端，耦接於第一開關1082的第三端，及一第二端；一開關1088i4具有一第一端，耦接於電容1088i2的第二端，一第二端，用以接收控制訊號CS，及一第三端，耦接於第一耦接開關202的第一端，其中0≦i≦4，且i係為正整數。但4個電容單元10881-10884僅係用以說明本發明，因此本發明並不受限於4個電容單元10881-10884。另外，在本發明的另一實施例，開關1088i4的第一端係耦接於第一開關1082的第三端；電容1088i2的第一端係耦接於開關1088i4的第二端，以及電容1088i2的第二端係耦接於第一耦接開關202的第一端。
如第2圖所示，當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係等於預設值(微機電電路100沒有零G偏移)時，讀取電路104根據差值Diff，產生輸出訊號OS。控制電路106即可根據輸出訊號OS和查閱表110，產生控制訊號CS。而補償電路108中的第一開關1082、第二開關1084與第一耦接開關202根據控制訊號CS關閉，第三開關1086與第二耦接開關204根據控制訊號CS開啟。因為第二耦接開關204開啟，所以可變電容1088透過第二耦接開關204耦接至地端GND，而沒有與微機電差動電容102連結。
當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係大於預設值(微機電電路100具有零G偏移)時，讀取電路104根據差值Diff，產生輸出訊號OS。控制電路106即可根據輸出訊號OS和查閱表110，產生控制訊號CS。而補償電路108中的第一開關1082、第三開關1086與第二耦接開關204根據控制訊號CS關閉，且第二開關1084與第一耦接開關202根據控制訊號CS開啟。因為第二開關1084開啟，所以可變電容1088係和第二電容1024並聯。亦即可變電容1088補償第二電容1024。
當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係小於預設值(微機電電路100具有零G偏移)時，讀取電路104根據差值Diff，產生輸出訊號OS。控制電路106即可根據輸出訊號OS和查閱表110，產生控制訊號CS。而補償電路108中的第二開關1084、第三開關1086與第二耦接開關204根據控制訊號CS關閉，且第一開關1082與第一耦接開關202根據控制訊號CS開啟。因為第一開關1082開啟，所以可變電容1088係和第一電容1022並聯。亦即可變電容1088補償第一電容1022。
另外，微機電電路200的其餘操作原理皆和微機電電路100相同，在此不再贅述。
請參照第3圖，第3圖係為本發明的另一實施例說明一種微機電電路補償電容偏移的方法的流程圖。第3圖之方法係利用第1圖的微機電電路100說明，詳細步驟如下：
步驟300：開始；
步驟302：讀取微機電差動電容102中的第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff；
步驟304：根據差值Diff，產生輸出訊號OS；
步驟306：接收輸出訊號OS，並產生控制訊號CS；
步驟308：根據控制訊號CS，補償微機電差動電容102；
步驟310：結束。
在步驟302與步驟304中，讀取電路104讀取第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff，並根據差值Diff，產生輸出訊號OS。在步驟306中，控制電路106接收輸出訊號OS後，根據控制電路106查閱表110及輸出訊號OS，產生控制訊號CS，其中控制訊號CS係為4位元訊號。但本發明並不受限於控制訊號CS係為4位元訊號。在步驟308中，當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係等於預設值時，補償電路108中的第一開關1082與第二開關1084根據控制訊號CS關閉，且第三開關1086根據控制訊號CS開啟。因此可變電容1088被視為讀取電路104內的寄生電容，且可變電容1088不補償第一電容1022與第二電容1024。另外，如果第一電容1022與第二電容1024相同，則預設值係為零；如果第一電容1022與第二電容1024不同，則預設值係為一定值。當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係大於預設值時，補償電路108中的第一開關1082與第三開關1086根據控制訊號CS關閉，且第二開關1084根據控制訊號CS開啟。因為第二開關1084開啟，所以可變電容1088可補償第二電容1024。當第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff係小於預設值時，補償電路108中的第二開關1084與第三開關1086根據控制訊號CS關閉，且第一開關1082根據控制訊號CS開啟。因為第一開關1082開啟，所以可變電容1088可補償第一電容1022。
請參照第4圖，第4圖係為本發明的另一實施例說明一種微機電電路補償電容偏移的方法的流程圖。第4圖之方法係利用第2圖的微機電電路200說明，詳細步驟如下：
步驟400：開始；
步驟402：讀取微機電差動電容102中的第一電容1022與第二電容1024之間在零G情況時的差值Diff；
步驟404：當差值Diff等於預設值時，進行步驟406；當差值Diff不等於預設值時，進行步驟412；
步驟406：根據差值Diff，產生輸出訊號OS；
步驟408：接收輸出訊號OS，並產生控制訊號CS；
步驟410：第一耦接開關202根據控制訊號CS關閉以及第二耦接開關204根據控制訊號CS開啟，跳至步驟418；
步驟412：根據差值Diff，產生輸出訊號OS；
步驟414：接收輸出訊號OS，並產生控制訊號CS；
步驟416：第一耦接開關202根據控制訊號CS開啟以及第二耦接開關204根據控制訊號CS關閉，進行步驟418；
步驟418：根據控制訊號CS，補償微機電差動電容102。
步驟420：結束。
第4圖的實施例和第3圖的實施例的差別在於，當差值Diff等於預設值時，進行步驟406至步驟410。亦即因為第一耦接開關202根據控制訊號CS關閉以及第二耦接開關204根據控制訊號CS開啟，所以可變電容1088透過第二耦接開關204耦接至地端GND，而沒有與微機電差動電容102連結。當差值Diff不等於預設值時，進行步驟412至步驟416。亦即因為第一耦接開關202根據控制訊號CS開啟以及第二耦接開關204根據控制訊號CS關閉，所以可變電容1088可根據控制訊號CS補償第一電容1022或第二電容1024。
綜上所述，本發明所提供的可補償電容偏移的微機電電路係利用讀取電路讀取第一電容與第二電容之間在零G情況時的差值，以及產生輸出訊號。然後，控制電路可根據查閱表及輸出訊號，產生控制訊號。而補償電路可根據控制訊號，以補償微機電差動電容。另外，微機電差動電容另可透過第一耦接開關關閉以及第二耦接開關開啟和補償電路隔離。由於本發明可利用補償電路補償微機電差動電容與讀取電路的製程變異所造成的電容變異，所以本發明可改善讀取電路因為電容變異所造成的零G偏移，而產生錯誤的輸出訊號。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200．．．微機電電路
102‧‧‧微機電差動電容
104‧‧‧讀取電路
106‧‧‧控制電路
108‧‧‧補償電路
110‧‧‧查閱表
202‧‧‧第一耦接開關
204‧‧‧第二耦接開關
1022‧‧‧第一電容
1024‧‧‧第二電容
1082‧‧‧第一開關
1084‧‧‧第二開關
1086‧‧‧第三開關
1088‧‧‧可變電容
10881-10884‧‧‧電容單元
108812、108822、108832、108842‧‧‧電容
108814、108824、108834、108844‧‧‧開關
Diff‧‧‧差值
CS‧‧‧控制訊號
GND‧‧‧地端
OS‧‧‧輸出訊號
VDD‧‧‧第一電壓
300至310、400至420‧‧‧步驟
第1圖係為本發明的一實施例說明一種可補償電容偏移的微機電電路的示意圖。
第2圖係為本發明的另一實施例說明一種可補償電容偏移的微機電電路的示意圖。
第3圖係為本發明的另一實施例說明一種微機電電路補償電容偏移的方法的流程圖。
第4圖係為本發明的另一實施例說明一種微機電電路補償電容偏移的方法的流程圖。
100．．．微機電電路
102．．．微機電差動電容
104．．．讀取電路
106．．．控制電路
108．．．補償電路
110．．．查閱表
1022．．．第一電容
1024．．．第二電容
1082．．．第一開關
1084．．．第二開關
1086．．．第三開關
1088．．．可變電容
10881-10884．．．電容單元
108812、108822、108832、108842．．．電容
108814、108824、108834、108844．．．開關
Diff．．．差值
CS．．．控制訊號
GND．．．地端
OS．．．輸出訊號

Claims (18)

  1. 一種可補償電容偏移的微機電電路，包含：一微機電差動電容，包含一第一電容與一第二電容；一讀取電路，耦接於該微機電差動電容，用以讀取該第一電容與該第二電容之間在一零G情況時的差值，並根據該差值，產生一輸出訊號；一控制電路，耦接於該讀取電路，用以接收該輸出訊號，並產生一控制訊號；及一補償電路，包含一可變電容耦接於該控制電路，其中該補償電路根據該控制訊號，改變該可變電容的電容值，以補償該微機電差動電容。
  2. 如請求項1所述之微機電電路，其中該第一電容與該第二電容相同。
  3. 如請求項1所述之微機電電路，其中該第一電容與該第二電容不同。
  4. 如請求項1所述之微機電電路，另包含：一查閱表，其中該控制電路係根據該查閱表及該輸出訊號，產生該控制訊號。
  5. 如請求項1所述之微機電電路，其中該第一電容係根據所包含的第一質量塊的位移，改變該第一電容的電容值；該第二電容係根據所包含的第二質量塊的位移，改變該第二電容的電容值。
  6. 如請求項1所述之微機電電路，其中該第一電容具有一第一端，耦接於該讀取電路，及一第二端，耦接於該讀取電路；該第二電容具有一第一端，耦接於該第一電容的第二端，及一第二端，耦接於該讀取電路。
  7. 如請求項6所述之微機電電路，其中該補償電路包含：一第一開關，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，及一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端；一第二開關，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端，耦接於該第二電容的第二端；及一第三開關，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端，耦接於一地端；其中該可變電容耦接於該第一開關的第三端與該第一電容的第二端之間。
  8. 如請求項7所述之微機電電路，其中該可變電容包含N個電容單元，每一電容單元包含： 一電容，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，及一第二端，耦接於該第一電容的第二端；及一開關，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端，耦接於該第一電容的第二端；其中該開關係以一串聯方式耦接該電容。
  9. 如請求項1所述之微機電電路，另包含：一第一耦接開關，具有一第一端，耦接於該補償電路，及一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端，耦接於該第一電容的第二端；及一第二耦接開關，具有一第一端，耦接於該補償電路，及一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端，耦接於一地端；其中當該差值不等於一預設值時，該第一耦接開關根據該控制訊號開啟以及該第二耦接開關根據該控制訊號關閉；當該差值等於該預設值時，該第一耦接開關根據該控制訊號關閉以及該第二耦接開關根據該控制訊號開啟。
  10. 如請求項9所述之微機電電路，其中該補償電路包含：一第一開關，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，及一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端；一第二開關，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端，耦接於該第二電容的第二端；及 一第三開關，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端，耦接於該地端；其中該可變電容耦接於該第一開關的第三端與該第一耦接開關的第一端之間。
  11. 如請求項10所述之微機電電路，其中該可變電容包含N個電容單元，每一電容單元包含：一電容，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，及一第二端，耦接於該第一耦接開關的第一端；及一開關，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端，用以接收該控制訊號，及一第三端，耦接於該第一耦接開關的第一端；其中該開關係以一串聯方式耦接該電容。
  12. 如請求項9或11所述之微機電電路，其中該控制訊號係為一N位元訊號，且N係為一正整數。
  13. 一種微機電電路補償電容偏移的方法，包含：讀取一微機電差動電容中的一第一電容與一第二電容之間在一零G情況時的差值；根據該差值，產生一輸出訊號；接收該輸出訊號，並產生一控制訊號；及根據該控制訊號，改變一可變電容的電容值，以補償該微機電 差動電容。
  14. 如請求項13所述之方法，其中接收該輸出訊號，並產生該控制訊號係為接收該輸出訊號後，根據一查閱表及該輸出訊號，產生該控制訊號。
  15. 如請求項13所述之方法，另包含：根據該控制訊號，一第一耦接開關與一第二耦接開關做出相對應的動作。
  16. 如請求項15所述之方法，其中當該差值不等於一預設值時，一第一耦接開關根據該控制訊號開啟以及一第二耦接開關根據該控制訊號關閉。
  17. 如請求項15所述之方法，其中當該差值等於一預設值時，一第一耦接開關根據該控制訊號關閉以及一第二耦接開關根據該控制訊號開啟。
  18. 如請求項13所述之方法，其中該控制訊號係為一N位元訊號，且N係為一正整數。
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