[發明專利]組合式環境壓力和聲學MEMS傳感器

有效

• 申請號: 201810388728.4
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108827449B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: N·D·伊萬斯;J·S·艾伽什;G·B·恩德特
• 申請（專利權）人: 蘋果公司
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;G01H11/08;G01L9/06;G01L9/12
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 邊海梅

本發明題為：“組合式環境壓力和聲學MEMS傳感器”。本發明公開了一種微機電系統(MEMS)環境壓力和聲學傳感器，該MEMS環境壓力和聲學傳感器包括：具有殼體壁的殼體，該殼體限定內部腔室和至該內部腔室的聲學輸入開口；移動結構，該移動結構定位在內部腔室內并且以聲學方式耦接到聲學輸入開口。該移動結構具有能夠響應于聲壓輸入而移動的聲學感測部分和能夠響應于環境壓力輸入而移動的環境壓力感測部分。該傳感器還包括電路，該電路電耦接到移動結構并且是可操作的以基于移動結構的移動來確定聲學輸出和環境壓力輸出。

相關專利申請的交叉引用

本專利申請要求于2017年5月1日提交的待審的美國臨時專利申請62/492,821的較早提交日期的權益，該專利申請以引用方式并入本文。

技術領域

本發明的實施方案涉及用于環境壓力感測和聲學感測的傳感器；并且更具體地涉及用于環境壓力感測和聲學感測的微機電系統(MEMS)感測元件。

背景技術

在現代消費電子產品中，便攜式計算設備，諸如膝上型電腦、筆記本、平板電腦、智能電話和便攜式鐘表不具有足夠的空間來容納相對大的換能器(例如。麥克風、揚聲器等)和/或其他傳感器(例如，加速度計、氣壓傳感器等)。因此，用于此類設備的換能器和傳感器的尺寸變得越來越緊湊并且尺寸減小。然而，換能器和傳感器可執行不同的功能(例如，聲音拾取、壓力感測等)并且通常必須將多于一個信號調節單元或電路結合到用于處理不同信號的設備中。因此，多個不同的換能器、傳感器和/或處理單元通常必須被結合到便攜式設備中，從而導致產品空間挑戰和集成挑戰，這些挑戰不能通過逐一減小這些部件中的每個部件的尺寸來解決。

發明內容

在一個實施方案中，本發明涉及用于環境壓力感測和聲學感測的微機電系統(MEMS)感測元件。代表性地，該感測元件可將用于聲學感測的MEMS麥克風和用于環境壓力感測的環境壓力傳感器的各個方面組合到使用共享MEMS管芯以用于進行壓力感測和聲學感測兩者的單個感測元件中。例如，該感測元件可包括被設計成響應于針對環境壓力感測的低頻環境壓力變化(例如，移動結構兩端的壓力差或波動)和針對聲學感測的高頻聲學壓力變化兩者而移動(例如，振動)的移動結構。更具體地，該移動結構可包括具有一個或多個聲學感測部分和一個或多個壓力感測部分的MEMS隔膜、膜或其他MEMS板狀結構，該聲學感測部分響應于對應于或指示聲學輸入(例如，聲音)的壓力變化而移動，該壓力感測部分響應于對應于或指示環境壓力變化(例如，爬樓梯)的壓力變化而移動。例如，環境壓力變化(例如，低頻壓力變化)將導致隔膜的環境壓力感測部分移動。根據環境壓力感測部分(例如，電阻器或電容器)的配置，這種移動可通過電阻或電容變化來檢測到，繼而可用于確定局部測量壓力以用于壓力感測。類似地，對聲學感測而言，與例如聲音對應的小而快速的壓力變化(例如，高頻壓力變化)將移動隔膜的聲學感測部分。這種移動還可被檢測為例如電容變化并用于聲學感測。繼而，該移動結構電連接到電路(例如。專用集成電路(ASIC))以用于對來自傳感器的一種或多種電信號進行信號調節和處理以用于環境壓力感測和聲學感測。在這一方面中，通過優化用于高頻聲學感測和低頻壓力感測兩者的單個MEMS部件，可設計寬帶設備，以測量疊加在更慢變化的環境壓力信號上的聲壓變化。此外，由于單個感測元件可執行兩個感測操作，因此可解決MEMS技術所面臨的生產空間挑戰和集成挑戰。