[發明專利]用于電容傳感器的表面電荷減少技術

有效

• 申請號: 201280049175.0
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN103842778B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: V·佩特科夫;G·巴拉錢德蘭
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24;G01P15/125;G01P15/13
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 陳松濤,夏青

技術領域

本專利涉及電容換能器，更具體而言涉及用于降低電容換能器中的表面電荷累積的技術。

背景技術

換能器將一般的物理量（例如，加速度、壓力等）轉換成能夠通過電子電路進行處理的量。具體而言，電容換能器生成對應于測得的輸入信號的幅值的電容變化。電容換能器的讀出電路將所述換能器生成的電容變化變換為電信號。在所述過程中，所述電路向換能器電極施加電壓波形。

電容加速度計，即用于測量加速度的電容換能器包括機械感測元件和讀出電路。圖1示出了電容加速度計的機械感測元件100的示范性實施例。在這一實施例中，所述機械感測元件100包括懸置于第一彈簧104和第二彈簧106之間的質量塊102、第一電極110和第二電極112。質量塊102的近端耦合至第一彈簧104，將質量塊102的遠端耦合至第二彈簧106。所述第一彈簧104具有兩個末端：第一末端耦合至質量塊102的近端，第二末端耦合至襯底。第二彈簧106具有兩個末端：第一末端耦合至質量塊102的遠端，第二末端耦合至所述襯底。將公共電極M耦合至質量塊102，并使其隨質量塊102一起相對于所述襯底移動。所述第一和第二電極110、112是相對于襯底固定的。在這一實施例中，將正參考電壓Vs施加至第一電極110，將負參考電壓-Vs施加至第二電極112。在所述第一電極110和公共電極M之間形成第一可變電容器C₁，在所述第二電極112和公共電極M之間形成第二可變電容器C₂。

在這一實施例中，在所述系統休止時，在第一電極110和公共電極M之間以及在第二電極112和公共電極M之間存在基本相等的標稱間隙，從而在第一可變電容器C₁和第二可變電容器C₂中建立基本相等的電容。輸入加速度使質量塊102相對于所述襯底移動，其改變所述電極之間的縫隙，因而改變可變電容器C₁、C₂的電容。沿箭頭120的方向的加速度使質量塊102偏移與輸入加速度成比例的距離Δx。質量塊102的這一移動使第一電極110和公共電極M之間的距離增大到g₀+Δx，使第二電極112和公共電極M之間的距離降低至g₀-Δx，這改變了電容器C₁和C₂的電容。通過下式確定可變電容器C1和C2的電容C：

其中，ε₀是介電常數，A是電容板面積（其向紙內延伸），g₀是標稱間隙，Δx是由于加速度引起的位移。讀出電路基于電容器C₁和C₂中的電容變化確定Δx的值。

圖2是自平衡電容電橋200的示范性實施例的圖示。圖2所示的開關電容器實現的優點在于在不需要高電阻路徑的情況下對輸入進行直接的DC偏置，并且隨著過程的推移和溫度的變化具有穩定明晰的傳遞函數。其還提供了離散時間輸出信號，可以通過模數轉換器（ADC）使所述信號直接數字化。圖2示出了自平衡電橋的單端實施例。