[發明專利]檢測微電子機械系統加速度傳感器芯片的特性的方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 201410116900.2
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103837706A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 董旸;馮方方
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

1.一種檢測微電子機械系統加速度傳感器芯片的特性的方法，其特征在于，包括：

根據微電子機械系統MEMS加速度傳感器芯片在不同振動頻率下的輸入信號和輸出信號，擬合所述MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性；其中，所述輸入信號為對輸入到所述MEMS加速度傳感器芯片的振動變化量進行轉換后所得到的電壓信號，所述輸出信號為對所述MEMS加速度傳感器芯片輸出的電容變化量進行轉換后所得到的電壓信號；

將所述MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性與理想狀態下的MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性進行比較，確定所述MEMS加速度傳感器芯片的結構是否存在問題。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，施加在所述MEMS加速度傳感器芯片的上下兩個固定電極的驅動電壓為時鐘信號，并且，在一個時鐘周期的第一個時間段內，向所述MEMS加速度傳感器芯片的上下兩個固定電極上分別施加正向驅動電壓和負向驅動電壓，在一個時鐘周期的第二個時間段內，向所述MEMS加速度傳感器芯片的上下固定電極施加的驅動電壓為零。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括：

根據所述MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性，得到所述MEMS加速度傳感器芯片的開環傳遞函數的所有極點和零點值，如果根據所述MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性確定所述MEMS加速度傳感器芯片的結構不存在問題，從所有極點和零點值中篩選出兩個主導極點值，并根據所述兩個主導極點值確定MEMS加速度傳感器芯片的近似開環傳遞函數；

根據所述MEMS加速度傳感器芯片的近似開環傳遞函數，計算得到所述MEMS加速度傳感器芯片的諧振頻率、阻尼比和品質因數。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，還包括：

針對篩選后剩余的極點和零點值，根據剩余的極點和零點值判斷所述MEMS加速度傳感器芯片是否滿足誤差允許范圍，并根據所述剩余的極點和零點值指導優化MEMS加速度傳感器的閉環控制系統。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一時間段與一個時鐘周期的比值為1/16。

6.一種檢測微電子機械系統加速度傳感器芯片的特性的裝置，其特征在于，包括：

開環頻率特性擬合單元，用于根據微電子機械系統MEMS加速度傳感器芯片在不同振動頻率下的輸入信號和輸出信號，擬合所述MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性；其中，所述輸入信號為對輸入到所述MEMS加速度傳感器芯片的振動變化量進行轉換后所得到的電壓信號，所述輸出信號為對所述MEMS加速度傳感器芯片輸出的電容變化量進行轉換后所得到的電壓信號；

結果確定單元，用于將所述MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性與理想狀態下的MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性進行比較，確定所述MEMS加速度傳感器芯片的結構是否存在問題。

7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，施加在所述MEMS加速度傳感器芯片的上下兩個固定電極的驅動電壓為時鐘信號，并且，在一個時鐘周期的第一個時間段內，向所述MEMS加速度傳感器芯片的上下兩個固定電極上分別施加正向驅動電壓和負向驅動電壓，在一個時鐘周期的第二個時間段內，向所述MEMS加速度傳感器芯片的上下固定電極施加的驅動電壓為零。

8.根據權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，還包括：

開環傳遞函數計算單元，用于根據所述MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性，得到所述MEMS加速度傳感器芯片的開環傳遞函數的所有極點和零點值，如果根據所述MEMS加速度傳感器芯片的開環頻率特性確定所述MEMS加速度傳感器芯片的結構不存在問題，從所有極點和零點值中篩選出兩個主導極點值，并根據所述兩個主導極點值確定MEMS加速度傳感器芯片的近似開環傳遞函數；

特性參數計算單元，用于根據所述MEMS加速度傳感器芯片的近似開環傳遞函數，計算得到所述MEMS加速度傳感器芯片的諧振頻率、阻尼比和品質因數。

9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括：

系統優化單元，用于針對篩選后剩余的極點和零點值，根據剩余的極點和零點值判斷所述MEMS加速度傳感器芯片是否滿足誤差允許范圍，并根據所述剩余的極點和零點值指導優化MEMS加速度傳感器的閉環控制系統。