生成指示可變電容器的電容的傳感器信號的設(shè)備和方法
【專利摘要】一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備，包括傳感器單元和補償單元。傳感器單元被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息。此外，補償單元被配置成影響傳感器信號或提供能夠影響傳感器信號的補償信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元或補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
【專利說明】生成指示可變電容器的電容的傳感器信號的設(shè)備和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實施例涉及可變電容器技術(shù)且特別是涉及用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備和用于生成指不關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在大范圍的應(yīng)用中使用具有可變電容的電容器。例如，在也稱為電容器擴音器或靜電擴音器的電容式擴音器的換能器或其它機電壓力感測裝置中，薄膜或隔膜可充當(dāng)可變電容器的一個板。壓力變化導(dǎo)致電容器板之間的距離的變化，引起電容變化。
[0003]獨立于可變電容器的特定應(yīng)用，期望以高準(zhǔn)確度來檢測可變電容器的電容的改變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)實施例的一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備包括傳感器單元和補償單元。傳感器單元被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化而引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息。此外，補償單元被配置成影響傳感器信號或提供能夠影響傳感器信號的補償信號，使得傳感器信號包括比在沒有補償單元或補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
[0005]由于補償單元，能夠顯著地減少傳感器信號內(nèi)的非線性信號部分。這樣，能夠改善確定電容變化信息或弓I起電容變化的作用的準(zhǔn)確度。
[0006]一些實施例涉及一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備。該設(shè)備包括可變電容器、偏置電壓單元、傳感器單元和補償單元。可變電容器包括可變電容且偏置電壓單元被配置成以預(yù)定義偏置電壓偏置可變電容器。此夕卜，傳感器單元被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息。此外，傳感器單元包括具有連接到放大器的反相輸入端的電容反饋的反相放大器，并且可變電容器也被連接到放大器的反相輸入端。放大器被配置成在放大器的輸出端處提供模擬傳感器信號。此外，傳感器單元包括被連接到放大器且被配置成基于模擬傳感器信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換來生成傳感器信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。補償單元被配置成影響傳感器信號或提供能夠影響傳感器信號的補償信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元或補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。此外，補償單元被配置成通過將由傳感器單元生成的傳感器信號與補償信號組合來獲得已補償傳感器信號，使得已補償傳感器信號包括比由傳感器單元生成的傳感器信號更少的非線性信號部分，或者補償單元被配置成基于由傳感器單元生成的傳感器信號來計算已補償傳感器信號或被配置成通過基于由傳感器單元生成的傳感器信號從查找表選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)而確定已補償傳感器信號。
[0007]一些實施例涉及一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備。該設(shè)備包括可變電容器、偏置電壓單元、傳感器單元和補償單元?？勺冸娙萜靼勺冸娙?。此外，具有可變電容的可變電容器包括在兩個背板之間的薄膜。偏置電壓單元被配置成以預(yù)定義偏置電壓偏置變化電容器的薄膜。傳感器單元被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化弓I起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息。此外，傳感器單元包括具有連接到放大器的反相輸入端的電容反饋的反相放大器?？勺冸娙萜鞯牡谝槐嘲逡脖贿B接到放大器的反相輸入端，并且放大器被配置成在放大器的輸出端處提供傳感器信號。補償單元被配置成提供能夠影響傳感器信號的補償信號，使得傳感器信號包括比沒有補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。此外，補償單元包括具有連接到放大器的反相輸入端的電容反饋的反相放大器?？勺冸娙萜鞯牡诙嘲逡脖贿B接到放大器的反相輸入端，并且放大器被配置成在放大器的輸出端處提供補償信號。
[0008]一些實施例涉及一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備。該設(shè)備包括可變電容器、傳感器單元和補償單元。可變電容器包括可變電容。此外，具有可變電容的可變電容器包括在兩個背板之間的薄膜。傳感器單元被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息。此外，傳感器單元包括具有連接到放大器的反相輸入端的電容反饋的反相放大器?？勺冸娙萜鞯谋∧ひ脖贿B接到放大器的反相輸入端，并且放大器被配置成在放大器的輸出端處提供傳感器信號。補償單元被配置成影響傳感器信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。此外，補償單元包括偏置電壓單元，其被配置成以第一預(yù)定義偏置電壓偏置第一背板并以第二預(yù)定義偏置電壓偏置第二背板。傳感器單元被配置成用第三預(yù)定義偏置電壓偏置薄膜，并生成傳感器信號，該傳感器信號指示由可變電容器的薄膜移動而引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流。
[0009]一些實施例涉及一種具有根據(jù)所描述構(gòu)思的用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備的娃擴音器。
[0010]另外的實施例涉及一種用于生成指示關(guān)于具有可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的方法。該方法包括生成傳感器信號，其指示由以預(yù)定義偏置電壓被偏置的可變電容器的電容變化而引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流。此外，該方法包括由補償單元來影響傳感器信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面將僅作為示例并參考附圖來描述設(shè)備和/或方法的一些實施例，在所述附圖中:
圖1示出了用于生成傳感器信號的設(shè)備的示意圖； 圖2示出了用于生成傳感器信號的另一設(shè)備的示意圖；
圖3示出了指示取決于薄膜位移的電容的圖；
圖4示出了用于生成傳感器信號的設(shè)備的框圖；
圖5示出了比較沒有補償和具有二階或三階的補償?shù)那闆r下的輸出信號的圖；
圖6示出了指示用于補償?shù)钠普`差(偏置電壓的1%)的影響的圖；
圖7示出了指示用于補償?shù)?%的增益誤差的影響的圖；
圖8示出了指示用于補償?shù)?%的增益誤差的影響的圖；
圖9示出了用于生成傳感器信號的設(shè)備的示意圖；
圖10示出了用于生成傳感器信號的另一設(shè)備的示意圖；
圖11示出了指示提出設(shè)備的聲壓范圍內(nèi)的線性度(linearity)的圖；以及圖12示出了用于生成傳感器信號的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0012]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述各種示例性實施例，在附圖中圖示出某些示例性實施例。在圖中，為了明了起見可將線、層和/或區(qū)域的厚度放大。
[0013]因此，雖然示例性實施例能夠有各種修改和替換形式，其實施例在圖中作為示例被示出，并且將在本文中被詳細(xì)地描述。然而，應(yīng)理解的是并不意圖將示例性實施例局限于公開的特定形式，而是相反，示例性實施例將覆蓋落在本公開的范圍內(nèi)的所有修改、等價物和替換。遍及各圖的描述，相似的數(shù)字指的是相似或類似的元件。
[0014]將理解的是當(dāng)元件被稱為“連接”或“耦合”到另一元件時，其能夠被直接連接或耦合到另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)將元件稱為“直接連接”或“直接耦合”到另一元件時，不存在中間元件。應(yīng)以類似的方式解釋用來描述元件之間的關(guān)系的其它詞語(例如，“在...之間”對比“直接在...之間”、“鄰近于”對比“直接鄰近于”等)。
[0015]在此使用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例的目的，且不旨在限制示例性實施例。如本文所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”意圖也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外明確地指出。進一步將理解的是當(dāng)在本文中使用時，術(shù)語“包括”、“含括”、“包含”和/或“含有”指定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或添加。
[0016]除非另外定義，本文所使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與示例性實施例所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員通常理解的相同的含義。還將理解的是應(yīng)將例如在通常使用的詞典中所定義的那些的術(shù)語解釋為具有與在相關(guān)領(lǐng)域的上下文中的其含義一致的含義，并且將不以理想化或過度形式化的意義來解釋，除非在本文中明確地這樣定義。
[0017]能夠基于不同的原理來生成包括關(guān)于具有可變電容的電容器的電容的信息的傳感器信號。例如，對于電容性傳感器(諸如被用于擴音器、娃擴音器、SIMIC )而言,可應(yīng)用用于生成所需信號的至少兩個可能性。
[0018]在一個例中，能夠?qū)㈦娙萜鞯碾姾?例如對于娃擴音器SIMIC而言由微機電系統(tǒng)MEMS的可移動薄膜和背板形成)保持(基本上)恒定(恒定電荷方法)。這樣，讀出電路提供與薄膜位移成正比的電壓。因此，可能存在壓力(引起薄膜位移)與測量電壓之間的線性相關(guān)。然而，當(dāng)將此方法用于非常高的壓力(或擴音器應(yīng)用SIMIC處的非常高的聲音水平)時可能存在困難。擴音器的信號水平(尤其是在專用集成電路ASIC內(nèi)或在其輸入端處)可最佳地適于例如94 dBSPL的假設(shè)壓力水平(或者可最佳地控制模塊)。如果擴音器將處理非常高的聲音水平(達(dá)到140 dBSPL)或更多，則可發(fā)生不容許的高信號水平。
[0019]可替換地，可將電容器處的電壓保持(基本上)恒定(恒壓方法)。在這種情況下，可發(fā)生測量電流(所需信號)與壓力之間的(基本上)反比例聯(lián)系(例如所謂的1/x性質(zhì))。這樣，可避免不容許高壓水平(與上面的方法相比)。然而，可發(fā)生非線性效應(yīng)(例如諧波信號部分)。這些效應(yīng)可隨著較高的信號振幅而增加，即此現(xiàn)象在非常高的聲音水平下可非常強烈地發(fā)生。
[0020]通過使用上面描述的提出構(gòu)思或下面描述的實施例，可使此類非線性效應(yīng)最小化或至少減少。
[0021]圖1示出了根據(jù)實施例的用于生成指示或包括關(guān)于包括可變電容的可變電容器102的電容的信息的傳感器信號112的設(shè)備100的框圖。設(shè)備100包括傳感器單元110和補償單元120。傳感器單元110被連接到可變電容器102且補償單元120被連接到傳感器單元110和/或可變電容器102。傳感器單元110在可變電容器102以預(yù)定義偏置電壓被偏置時生成傳感器信號112，其指示關(guān)于由可變電容器102的電容變化而引起的流過傳感器單元110與可變電容器102之間的連接(例如從可變電容器102和/或到可變電容器102)的變化電流的信息。補償單元120影響傳感器信號112，或者提供能夠或適合于影響傳感器信號112的補償信號122 (即補償信號可能夠或適合于影響傳感器信號)，使得傳感器信號112包括比沒有補償單元120或補償信號122的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
[0022]由于補償單元120或補償信號122，能夠顯著地減少當(dāng)可變電容器102以預(yù)定義偏置電壓被偏置并感測到變化電流時出現(xiàn)的非線性信號部分。這樣，能夠增加確定可變電容器102的電容或引起電容變化的作用(例如聲壓或加速度)的準(zhǔn)確度。
[0023]可變電容器102以預(yù)定義偏置電壓被偏置。因此，可變電容器102的電容改變引起進入可變電容器102的電流流動(例如如果電容增加的話)或來自可變電容器102的電流流動(例如如果電容減小的話)。例如，電容的振蕩變化還可引起流過傳感器單元110與可變電容器102之間的連接的振蕩電流。此電流流動能夠被傳感器單元110感測，并且能夠生成并提供包括關(guān)于流過傳感器單元與可變電容器102之間的連接的變化電流的信息的傳感器信號112。
[0024]例如，預(yù)定義偏置電壓可以基本上是恒壓。該偏置電壓可基本上是恒定的，如果偏置電壓變化小于預(yù)定義偏置電壓的20% (或小于10%、小于5%或小于1%),如果改變可變電容器102的電容的話。換言之，如果改變可變電容器102的電容，則供應(yīng)預(yù)定義偏置電壓(例如由偏置電壓單元)，使得在偏置電壓保持基本上未改變的同時，主要改變來自或到可變電容器102的電流。預(yù)定義偏置電壓可以是施加于可變電容器的電極(例如薄膜或背板)的電勢或施加于可變電容器102的兩個電極(例如薄膜和背板)之間的電勢差。例如，預(yù)定義偏置電壓可以是設(shè)備100的電源電壓、接地、設(shè)備100的負(fù)電源電壓或設(shè)備100的源電壓的兩倍。
[0025]能夠以各種方式來實施可變電容器102。例如，能夠?qū)⑽C電系統(tǒng)(MEMS)用于實施可變電容器。此類微機電系統(tǒng)可包括可移動或可彎曲橫梁(beam)或可移動或可彎曲薄膜，其響應(yīng)于力(例如聲壓、氣壓、加速度)而改變到電極(例如背板)的距離。例如，能夠在半導(dǎo)體管芯(例如硅管芯)上的腔體之上制造薄膜?？墒褂们惑w的底部作為背板電極，使得背板和薄膜形成電容器。薄膜可朝著背板和遠(yuǎn)離背板彎曲，如果向背板施加變化的力的話。并且，具有在兩個背板之間的薄膜的可變電容器102可以是可能的。可在各種應(yīng)用(例如擴音器、壓力傳感器或加速度傳感器)中使用此類可變電容器102。
[0026]補償單元120能夠影響傳感器信號112或提供能夠以各種方式影響傳感器信號112的補償信號122。例如，補償單元120能夠生成補償信號122，其至少部分地包括與傳感器信號112的非線性信號部分相反(inverse)的信號部分(例如通過近似非線性信號部分或通過感測可變電容器的第二背板處的變化電流)。此類補償信號122可以與由傳感器單元110生成的傳感器信號112組合(例如用其減去或與之相加)，或者可以連同傳感器單元110的傳感器信號112—起提供以用于進一步處理(例如由外部裝置將信號組合)。替換地，補償單元120可通過操縱或影響可變電容器102 (例如為雙背板電容器的兩個背板提供偏置電壓)來影響傳感器信號110。這樣，間接地通過可變電容器102的控制來影響傳感器信號112。替換地，可由補償單元120來直接地影響傳感器信號112 (例如通過基于傳感器單元的傳感器信號來計算已補償傳感器信號或通過從查找表中選擇對應(yīng)數(shù)據(jù)來確定已補償傳感器信號)。在圖1中由虛線來指示不同的示例。
[0027]例如，非線性信號部分可以是表示與空閑信號的非線性偏差的信號部分?？梢酝ㄟ^可變電容器102的電極的距離(例如平均距離或最小或最大距離)的變化(例如通過薄膜的位移)來改變可變電容器102的電容。在本示例中，來自或到達(dá)可變電容器102的感測電流可近似地與可變電容器102的電極(例如薄膜和背板)的距離成反比例(例如1/x性質(zhì))。由于反比例性，非線性作用可在傳感器信號112內(nèi)引起非線性信號部分。例如，在傳感器信號內(nèi)可以發(fā)生可變電容器的薄膜的正弦激勵的基頻的諧波頻率。可由補償單元120或補償信號122來減少此類非線性信號部分。換言之，可變電容器102可包括薄膜和至少一個背板且補償單元120可影響傳感器信號122或提供能夠影響傳感器信號112的補償信號122，使得傳感器信號112包括比沒有補償單元和/或補償信號122的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分，該非線性信號部分是由變化電流和薄膜與至少一個背板之間的距離的非線性相關(guān)引起的?？蛇x地，另外還可由補償單元120或補償信號122減少由其它作用引起(例如由寄生電容引起)的非線性信號部分。
[0028]可用各種方式來實施傳感器單元110。例如，可將流過傳感器單元110與可變電容器102之間的連接的變化電流放大和/或轉(zhuǎn)換成電壓信號。例如，對于上面提到的一個或多個方面，可選地、替代地、或另外地，傳感器單元110可包括反相運算放大器，其中該運算放大器的輸出端的電容反饋(例如包括反饋電容器)被連接到運算放大器的反相輸入端。此外，也可將可變電容器102連接到運算放大器的反相輸入端，并且運算放大器可在運算放大器的輸出端處提供傳感器信號112。
[0029]還能夠通過向運算放大器的非反相輸入端施加電壓、引起在運算放大器的反相輸入端處的相同電壓來使對可變電容器的連接偏置到除接地的另一電壓。
[0030]在圖2中示出了具有運算放大器的傳感器單元210的示例。傳感器單元210包括具有被接地的非反相輸入端218的運算放大器212。運算放大器的輸出端222通過反饋電容器Cf 214被反饋到運算放大器212的反相輸入端216?？勺冸娙萜鰿mi。202的第一電極(例如薄膜或背板)也被連接到運算放大器212的反相輸入端216。此外，可變電容器Cmi。202的第二電極(例如薄膜或背板)被連接到以預(yù)定義偏置電壓Uconst來偏置第二電極的偏置電壓單元230。如果可變電容器202的電容變化，則在運算放大器212的反相輸入端216和反饋電容器214處發(fā)生變化電流Isig，引起表示傳感器信號的輸出電壓Usig。第一電極通過運算放大器212的非反相輸入端218被虛擬接地連接而偏置到接地。
[0031]例如，圖2可示出用于上述恒壓方法的電路的示例。Cmi。可表示擴音器電容器，其可由微機電系統(tǒng)的薄膜和所謂的背板形成。u_st可確定Cmi。處的恒壓。電容器Cf可連同Cfflic 一起確定增益。電流Isig (且因此還有Usig)可與薄膜處的壓力(或薄膜的位移)成反比例。這可引起如已所述的不需要的非線性效應(yīng)。圖2中所示的示例可以是例如表示具有放大器(恒壓)的微機電系統(tǒng)的恒壓模式中的讀出電路。
[0032]圖3示出了圖示出相對于空隙間距的薄膜位移對比相對于機械零點的電容的可能l/χ性質(zhì)(即作為薄膜位移的函數(shù)的電容)的示例的圖。
[0033]例如，圖3示出了薄膜位移與所得到的電容之間的近似相關(guān)(例如表示所述非線度)。施加于薄膜的聲壓可引起例如圖2的電路中和電容的改變，相對于靜止位置的電容差生成導(dǎo)致輸出電壓的電流。由于非線性，總諧波失真(THD)可能是相對高的。
[0034]換言之,聲壓水平的變化可包括與電容變化的逆相關(guān)(inverse relat1nship)。逆相關(guān)可以是例如l/χ性質(zhì)。然而，逆相關(guān)可略微地偏離l/χ性質(zhì)(例如由于制造變化)。例如，聲壓水平可以與電容變化成反比，具有小于確切成反比電容的30% (或20%或10%)的公差。
[0035]如已所述的，補償單元120可影響傳感器信號112或者提供能夠以各種方式來影響傳感器信號112的補償信號122。例如，對于上面提到的一個或多個方面，可選地、替代地、或另外地，補償單元可生成補償信號，其指示傳感器信號112的非線性信號部分的逆的近似。換言之，能夠分析傳感器信號112，并且能夠識別非線性信號部分或者可完成模擬。能夠生成具有逆向性質(zhì)或近似逆向性質(zhì)的信號。此補償信號122可以與傳感器信號122組合或者可被提供用于進一步處理。例如，補償單元120可以可選地基于由傳感器信號112的二次或三次多項式(或者甚至高次多項式)的近似來生成補償信號122。這樣，能夠大大地減少非線性信號部分。
[0036]傳感器信號112和/或補償信號122可以是模擬或數(shù)字信號，并且可通過模擬信號處理或數(shù)字信號處理來處理。例如，對于上面提到的一個或多個方面，可選地、替代地、或另外地，傳感器單元110可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)，用于基于模擬傳感器信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換來生成傳感器信號112，該模擬傳感器信號指示由可變電容器102的電容變化引起的流過傳感器單元110與可變電容器102之間的連接(例如來自可變電容器和到可變電容器)的變化電流。
[0037]替換地，補償單元120可直接地處理傳感器信號112以獲得已補償傳感器信號或基于由傳感器單元110生成的傳感器信號112來生成已補償傳感器信號。為此，補償單元120可包括用于接收由傳感器單元110生成的傳感器信號112的輸入端且包括用于提供已補償傳感器信號的輸出端。例如，補償單元120可基于由傳感器單元110生成的傳感器信號112來計算已補償傳感器信號。例如，可使用由傳感器單元生成的傳感器信號作為用于計算算法(例如用于非線性信號部分的近似算法)的輸入，導(dǎo)致具有減少非線性信號部分的已補償傳感器信號。替換地，補償單元120可通過基于由傳感器單元110生成的傳感器信號來從查找表中選擇對應(yīng)數(shù)據(jù)而確定已補償傳感器信號。換言之，補償單元120可基于接收到的傳感器信號112的信號值來選擇存儲于查找表中的預(yù)定義值，使得獲得的已補償傳感器信號包括比接收到的傳感器信號112更少的非線性信號部分。查找表可被補償單元120的存儲器單元或被外部存儲器單元存儲?？蛇x地，可對由查找表存儲的采樣點進行內(nèi)插以便提供中間點。
[0038]圖4示出了根據(jù)實施例的用于生成指示關(guān)于可變電容器的電容的信息的傳感器信號422的設(shè)備400。設(shè)備400包括連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器430的可變電容器和放大器410。模數(shù)轉(zhuǎn)換器430被連接到補償單元420。放大器向模數(shù)轉(zhuǎn)換器430提供模擬傳感器信號412。模數(shù)轉(zhuǎn)換器430將模擬傳感器信號412轉(zhuǎn)換成數(shù)字傳感器信號432，并向補償單元420提供數(shù)字傳感器信號432。補償單元420可根據(jù)上述示例中的一個來處理數(shù)字傳感器信號432以獲得已補償傳感器信號422。
[0039]換言之，圖4示出了例如通過應(yīng)用如圖2中所示的讀出電路來減少非線性效應(yīng)或使其最小化的裝置?？梢詳?shù)字地實施或近似非線性的逆(例如圖2中所示的電路)以便減少非線性效應(yīng)或使其最小化。在這種情況下，可假設(shè)靜態(tài)非線性(例如l/χ性質(zhì))，使得也可由靜態(tài)非線性(例如非線性特性)來表示該逆。這可容易地被數(shù)字地實施?？捎衫绮檎冶韥韺崿F(xiàn)數(shù)字實施方式。并且，可應(yīng)用具有與內(nèi)插方法(例如線性內(nèi)插)相組合的少許采樣點的查找表以節(jié)省存儲器。此外或替換地，可由多項式來近似非線性。
[0040]例如，圖4可示出用于具有恒壓模式和非線性數(shù)字補償?shù)淖x出電路的示例。此類布局可包括具有恒壓模式的讀出電路(傳感器單元的一部分)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(例如也是傳感器單元的一部分)和非線性數(shù)字補償(例如補償單元)。讀出電路可包括MEMS裝置(作為用于可變電容器的示例)和放大器(恒壓)。
[0041]例如，圖5示出了用于處于94 dBSPL的聲壓的例如圖2中所示的電路的模擬結(jié)果?？傊C波失真在沒有補償?shù)那闆r下共計達(dá)到-33.58dB。用二次多項式的數(shù)字補償足以將THD減小至-68.2 dB，并且用三次多項式，能夠?qū)崿F(xiàn)-90.8 dB。圖5示出了隨時間推移的AC(交流)輸出電壓。
[0042]由于增益誤差和零點誤差，可能并未完全達(dá)到這些值。在圖6、7和8中圖示出用于5 %增益誤差的示例性模擬結(jié)果和偏置電壓的5%的零點誤差。即使在存在這些誤差的情況下，也能夠在沒有進一步措施(例如校準(zhǔn))的情況下實現(xiàn)超過26 dB的THD的改善。
[0043]例如，可將由二次或三次多項式進行的補償用于如圖3中所示的微機電系統(tǒng)的假設(shè)非線性。圖3的非線性能夠?qū)е吕缏晧号c輸出電壓的交變電壓部分之間的以下相關(guān)。
Ua=x(p)/(X(0)-X(p)
[0044]Ua表示傳感器信號，X (P)表示取決于聲壓P的薄膜的位置，并且X (O)表示靜止的位置。
[0045]針對非線性補償，將以下多項式用于另外的模擬結(jié)果。
U akomp2="" U a2+ U a
Uatomp3=Ua^Ua2+Ua
[0046]Uakraiip2表不二階補償信號且Uatomp3表不三階補償信號。能夠從傳感器信號中減去相應(yīng)的補償信號以獲得包括減少的非線性信號部分的已補償傳感器信號。
[0047]對于上面提到的一個或多個方面，可選地、替代地、或另外地，可變電容器102可包括兩個背板之間的薄膜。此類雙背板電容器可提供用于補償非線性信號部分的更多方式的可能性。例如，可用預(yù)定義偏置電壓來使薄膜偏置，并且傳感器單元110被連接到傳感器電容器的第一背板。此外，傳感器單元I1可生成傳感器信號112，其指示由可變電容器102的薄膜移動引起的來自或到可變電容器102的第一背板的變化電流。此外，補償單元120可連接到可變電容器的第二背板，并且可生成補償信號122，其指示由可變電容器102的薄膜移動引起的來自或到可變電容器102的第二背板的變化電流。換言之，可變電容器102的可移動薄膜可在兩個不同的背板處引起兩個獨立信號。這些信號包括兩個非線性信號部分。如果薄膜在第一背板的方向上移動，則由薄膜與第一背板形成的電容器的電容增加且由薄膜與第二背板形成的電容器的電容減小。該增加高于減小，使得如果例如將傳感器信號與補償信號組合(例如通過減法或加法)，仍有足夠的信號。然而，如果將兩個信號組合(例如減少或去除偶數(shù)階非線性效應(yīng))，則可減少非線性信號部分。
[0048]補償單元120能夠以各種方式來生成補償信號122。例如，補償單元120可與傳感器信號112的生成類似地生成補償信號122。
[0049]對于上面提到的一個或多個方面，可選地、替代地、或另外地，補償單元120可包括具有被連接到運算放大器的反相輸入端的電容反饋的反相運算放大器。此外，也可將可變電容器102的第二背板連接到運算放大器的反相輸入端，并且運算放大器可在運算放大器的輸出端處提供補償信號122。這樣，能夠與圖2中所示的傳感器單元210的構(gòu)造類似地實施補償單元120。
[0050]替換地，可將傳感器單元的運算放大器和補償單元的運算放大器一起實施為差分反相放大器。
[0051]可以不同的方式偏置可變電容器102的薄膜、第一背板和第二背板。例如，傳感器單元110可由第一預(yù)定義偏置電壓偏置第一背板且補償單元120可由第二預(yù)定義偏置電壓偏置第二背板。此外，設(shè)備100可包括被配置成由第三預(yù)定義偏置電壓偏置薄膜的偏置電壓單元。在一個示例中，第一預(yù)定義偏置電壓和第二預(yù)定義偏置電壓可等于接地，并且第三預(yù)定義偏置電壓可不同于(例如設(shè)備的電源電壓)第一預(yù)定義偏置電壓和第二預(yù)定義偏置電壓。替換地，可選擇第一預(yù)定義偏置電壓、第二預(yù)定義偏置電壓和第三預(yù)定義偏置電壓，使得傳感器信號的非線性信號部分可低于在第一預(yù)定義偏置電壓等于第二預(yù)定義偏置電壓的情況下生成的傳感器信號的非線性信號部分。換言之，可相互略有不同地選擇第一預(yù)定義偏置電壓和第二預(yù)定義偏置電壓，使得能夠?qū)崿F(xiàn)改善的非線性減少和/或能夠考慮可變電容器或電路的制造變化。
[0052]圖9示出了根據(jù)實施例的用于生成指示關(guān)于可變電容器902的電容的信息的傳感器信號912的設(shè)備900的不意圖。在本不例中，可變電容器902包括薄膜904、第一背板906和第二背板908。薄膜904被偏置電壓單元930偏置。此外，第一背板906被連接到傳感器單元910的運算放大器的反相輸入端，如其在圖2中已描述和示出的。在傳感器單元910的運算放大器的輸出端處提供了傳感器信號912。補償單元920被連接到第二背板908并包括等于或類似于傳感器單元910的構(gòu)造。因此，結(jié)合圖2中所述和所示的傳感器單元所提及的解釋和評論以及不同方面也可適用于設(shè)備900的傳感器單元910和補償單元920。因此，第二背板908被連接到補償單元920的運算放大器的反相輸入端，并且由補償單元920的運算放大器的輸出端來提供補償信號922。
[0053]例如，圖9示出了用于上述恒壓方法的簡化電路?？墒褂肕EMS傳感器，其包括第二讀出電極(雙背板MEMS)?？蓪⒈∧ふ{(diào)整至適當(dāng)?shù)腄C電壓(直流電壓)?？蓪蓚€背板連接到反相放大器的輸入端。因此，可獲得兩個輸出信號，其可分別地在對應(yīng)的CV操作中是非線性的(恒壓)。然而，兩個信號的差可顯著地較少失真，因為至少偶數(shù)階的失真可相互補償或減少。
[0054]本示例可以是還可工作于模擬ASIC (專用集成電路)的可能性?？蛇M一步處理差分信號。
[0055]在本示例中，能夠在不增加電源電壓的情況下擴展(用于生成傳感器信號的設(shè)備的)ASIC的動態(tài)范圍。例如，由于能夠被用于更好的信噪比(SNR)或更高的信號水平(例如聲壓)的雙讀出電極，例如通過適當(dāng)?shù)某叽绱_定(dimens1n),6 dB更多的的動態(tài)范圍可以是可用的。
[0056]能夠提供包括在恒壓模式中的差分讀出電路(電流接口)和雙背板MEMS的布局。換言之，圖9可示出在恒壓模式中的讀出電路，并且MEMS裝置包括第二讀出電極(具有兩個背板的MEMS)。此外，可將兩個背板連接到反相放大器。
[0057]可以各種方式來實施圖9中所示的布局。可由來自典型ASIC電源電壓(例如1.8V或3.3 V)的電荷塊體(charge bump)生成偏置電壓(例如在3 V和15 V之間)，并且可將其饋送到MEMS裝置的薄膜?？蓪烧弑嘲暹B接都連接到放大器輸入端，其表示虛擬接地，表示反相放大器。這可以是兩個獨立反相放大器(如圖9中所示)或一個差分反相放大器。
[0058]要評估的輸出信號可以是兩個輸出的差。替換地，能夠?qū)⑤敵鲞B接到(例如包括所述設(shè)備的半導(dǎo)體管芯的)焊盤，并且可在外部被進一步處理(例如相減或相加)。替換地，可將兩個放大器輸出轉(zhuǎn)換成單端信號(例如通過對信號進行相加或相減)，并且可在后面被進一步處理。此外，可選地，信號可被提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，并且可在那里被進一步處理。在一些應(yīng)用中，增益或放大器可以是可編程的，其可通過實施可編程(可調(diào)整)反饋電容器來實現(xiàn)。
[0059]放大器的輸入端處的電位可針對彼此可移位地實施，使得能夠減少或平衡MEMS的可能對稱誤差。
[0060]如已經(jīng)提到的，對于上面提到的一個或多個方面，可選地、替代地、或另外地，補償單元120可通過將由傳感器單元110生成的傳感器信號112與補償信號122組合來獲得已補償傳感器信號，使得已補償傳感器信號包括比由傳感器單元110生成的傳感器信號112更少的非線性信號部分。例如，補償單元可通過從由傳感器單元110生成的傳感器信號112中減去(或加上)補償信號122來將由傳感器單元110生成的傳感器信號112與補償信號122組合。替換地，可在將其組合之前由補償單元120或傳感器單元110對由傳感器單元110生成的傳感器信號112和/或補償信號122進行放大或阻尼。
[0061]關(guān)于包括在兩個背板之間的薄膜的可變電容器，能夠以各種方式來實施補償單元120。另一示例可以是補償單元120，其包括被配置成以第一預(yù)定義偏置電壓偏置第一背板并以第二預(yù)定義偏置電壓偏置第二背板的偏置電壓單元。此外，可將傳感器單元110連接到可變電容器102的薄膜，并且可用第三預(yù)定義偏置電壓來偏置薄膜。此外，傳感器單元110可生成傳感器信號112，其指示由可變電容器102的薄膜移動引起的來自或到可變電容器102的薄膜的變化電流。這樣，已能夠在變化電流的原點處實現(xiàn)傳感器信號112的非線性信號部分的減少。由于到另一背板的電容的減少而減少了用于薄膜朝著背板中的一個移動的可變電容器的電容的增加，例如使得圖3中所示的非線性性質(zhì)變得更加線性。
[0062]為此，可以不同的方式選擇不同的偏置電壓。例如，第一預(yù)定義偏置電壓可不同于第二預(yù)定義偏置電壓，并且第三預(yù)定義偏置電壓可基本上等于第一預(yù)定義偏置電壓和第二預(yù)定義偏置電壓的算術(shù)平均值(例如忽略第一預(yù)定義偏置電壓或第二預(yù)定義偏置電壓的算術(shù)平均值的20%、10%或5%的公差)。例如，第一預(yù)定義偏置電壓可等于設(shè)備的負(fù)電源電壓，第二預(yù)定義偏置電壓可等于電源電壓，并且第三預(yù)定義偏置電壓可以是接地電壓。替換地，第一預(yù)定義偏置電壓可以是接地電壓，第二預(yù)定義偏置電壓可以是電源電壓的兩倍，并且第三預(yù)定義偏置電壓可等于電源電壓。
[0063]替換地，第一預(yù)定義偏置電壓可不同于第二預(yù)定義偏置電壓且第三預(yù)定義偏置電壓可在第一預(yù)定義偏置電壓與第二預(yù)定義偏置電壓之間。此外，可選擇第一預(yù)定義偏置電壓、第二預(yù)定義偏置電壓和第三預(yù)定義偏置電壓，使得傳感器信號112的非線性信號部分可低于在第三預(yù)定義偏置電壓等于第一預(yù)定義偏置電壓與第二預(yù)定義偏置電壓的算術(shù)平均值的情況下生成的傳感器信號的非線性信號部分。換言之，薄膜的電壓可略微不同于施加于背板的電壓的算術(shù)平均值，使得減少或補償可變電容器102的可能對稱誤差。
[0064]圖10示出了根據(jù)實施例的用于生成指示關(guān)于可變電容器1002的電容的信息的傳感器信號1012的設(shè)備1000的示意圖。可變電容器1002包括薄膜1004、第一背板1006以及第二背板1008。薄膜1004可連接到傳感器單元1010。可根據(jù)圖2中所示和所述的示例來實施傳感器單元1010。因此，結(jié)合圖2所述的評論和解釋以及各方面也可適用于設(shè)備1000的傳感器單元1010且對其有效。因此，薄膜1004被連接到傳感器單元1010的運算放大器的反相輸入端，并且由傳感器單元1010的運算放大器的輸出端來提供傳感器信號1012。第一背板1006和第二背板1008被連接到補償單元1020。補償單元1020可包括被配置成提供兩個不同偏置電壓的偏置電壓單元，或者可包括被配置成向第一背板1006和第二背板1008施加不同電壓的兩個單獨偏置電壓單元(例如電荷泵)，如圖10中所指示的。
[0065]換言之，圖10中所示的布局可表示具有類似屬性的另外可能的實施方式?？捎煤銐簛硎筂EMS裝置偏置。可用相反電壓來使背板偏置，以便生成在當(dāng)前水平的信號的差。因此，僅在輸出端處提供一個信號，其已經(jīng)表示例如MEMS信號的差。
[0066]替換地，能夠用正電壓Ub來使薄膜偏置，可使背板偏置到接地，并且在本示例中可用兩倍的正電壓(2 XUb)來使第二背板偏置。
[0067]替換地，可相互不同地選擇背板與薄膜之間的電壓，以便減少或補償MEMS裝置的可能對稱誤差。
[0068]圖10可表示例如處于恒壓模式的讀出電路。MEMS裝置可包括第二讀出電極。
[0069]圖11示出了關(guān)于根據(jù)圖10的裝置的線性的模擬的示例。諧波失真被示為聲壓的函數(shù)。由(提出的)差分裝置，能夠?qū)?% THD功能從約108 dBSPL增加至128 dBSPL。這樣，可針對新產(chǎn)品實現(xiàn)明顯更好的性能。換言之，圖11示出了用于該裝置的聲壓范圍內(nèi)的線性。
[0070]一些實施例涉及用于生成指示關(guān)于可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備，包括具有被配置成根據(jù)施加于娃擴音器的聲壓而改變電容的可變電容器的娃擴音器。換言之，可實施具有根據(jù)所描述構(gòu)思或上面描述實施例的設(shè)備的硅擴音器。此外，根據(jù)所描述構(gòu)思或上面描述實施例可實施壓力傳感器、振動傳感器、加速度傳感器或使用可變電容器的另外傳感器。
[0071]一些實施例涉及用于由具有非線性補償?shù)碾娙菪孕盘栐春?或具有電流接口的雙背板MEMS進行的信號生成的電路布局。通過使用提出的構(gòu)思，能夠使用恒壓方法(CV)，然而前面該恒壓方法包括之前的高度失真。例如，上面說明并描述了用于數(shù)字?jǐn)U音器的各種實施方式可能性。
[0072]一些實施例涉及一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備。該設(shè)備包括可變電容器、偏置電壓單元、傳感器單元和補償單元?？勺冸娙萜靼勺冸娙萸移秒妷簡卧慌渲贸梢灶A(yù)定義偏置電壓偏置可變電容器。此夕卜，傳感器單元被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息。此外，傳感器單元包括具有連接到放大器的反相輸入端的電容反饋的反相放大器，并且可變電容器也被連接到放大器的反相輸入端。放大器被配置成在放大器的輸出端處提供模擬傳感器信號。此外，傳感器單元包括被連接到放大器且被配置成基于模擬傳感器信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換來生成傳感器信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。補償單元被配置成影響傳感器信號或提供能夠影響傳感器信號的補償信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元或補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。此外，補償單元被配置成通過將由傳感器單元生成的傳感器信號與補償信號組合來獲得已補償傳感器信號，使得已補償傳感器信號包括比由傳感器單元生成的傳感器信號更少的非線性信號部分，或者補償單元被配置成基于由傳感器單元生成的傳感器信號來計算已補償傳感器信號或被配置成通過基于由傳感器單元生成的傳感器信號從查找表選擇對應(yīng)的日期而確定已補償傳感器信號。
[0073]在圖4中示出了用于此類設(shè)備的示例。
[0074]此外，該設(shè)備可包括一個或多個可選、附加或替換特征，其對應(yīng)于結(jié)合提出的構(gòu)思或上面描述實施例所提及的一個或多個方面。
[0075]一些實施例涉及一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備。該設(shè)備包括可變電容器、偏置電壓單元、傳感器單元和補償單元?？勺冸娙萜靼勺冸娙?。此外，具有可變電容的可變電容器包括在兩個背板之間的薄膜。偏置電壓單元被配置成以預(yù)定義偏置電壓偏置變化電容器的薄膜。傳感器單元被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息。此外，傳感器單元包括具有連接到放大器的反相輸入端的電容反饋的反相放大器。可變電容器的第一背板也被連接到放大器的反相輸入端，并且放大器被配置成在放大器的輸出端處提供傳感器信號。補償單元被配置成提供補償信號，其中，該補償信號能夠影響傳感器信號，使得傳感器信號包括比沒有補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。此外，補償單元包括具有連接到放大器的反相輸入端的電容反饋的反相放大器?？勺冸娙萜鞯牡诙嘲逡脖贿B接到放大器的反相輸入端，并且放大器被配置成在放大器的輸出端處提供補償信號。
[0076]在圖9中示出了用于此類設(shè)備的示例。
[0077]此外，該設(shè)備可包括一個或多個可選、附加或替換特征，其對應(yīng)于結(jié)合提出的構(gòu)思或上面描述實施例所提及的一個或多個方面。
[0078]一些實施例涉及一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備。該設(shè)備包括可變電容器、傳感器單元和補償單元。可變電容器包括可變電容。此外，具有可變電容的可變電容器包括在兩個背板之間的薄膜。傳感器單元被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息。此外，傳感器單元包括具有連接到放大器的反相輸入端的電容反饋的反相放大器。可變電容器的薄膜也被連接到放大器的反相輸入端，并且放大器被配置成在放大器的輸出端處提供傳感器信號。補償單元被配置成影響傳感器信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。此外，補償單元包括被配置成以第一預(yù)定義偏置電壓偏置第一背板并以第二預(yù)定義偏置電壓偏置第二背板的偏置電壓單元。傳感器單元被配置成用第三預(yù)定義偏置電壓偏置薄膜，并生成指示由可變電容器的薄膜移動而引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的傳感器信號。
[0079]在圖10中示出了用于此類設(shè)備的示例。
[0080]此外，該設(shè)備可包括一個或多個可選、附加或替換特征，其對應(yīng)于結(jié)合提出的構(gòu)思或上面描述實施例所提及的一個或多個方面。
[0081]圖12示出了根據(jù)實施例的用于生成指示關(guān)于具有可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的方法1200。方法1200包括生成1210傳感器信號，其指示由以預(yù)定義偏置電壓偏置的可變電容器的電容變化而引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流。此外，該方法1200包括由補償單元來影響1220傳感器信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
[0082]可選地，該電容變化由例如聲壓水平的變化引起。
[0083]同樣可選地，聲壓水平的變化包括與電容變化的逆相關(guān)。逆相關(guān)可以是例如1/x性質(zhì)。然而，逆相關(guān)可略微地偏離l/χ性質(zhì)(例如由于制造變化)。例如，聲壓水平可以與電容的變化成反比，具有小于確切成反比電容的30% (或20%或10%)的公差。
[0084]此外，該方法1200可包括一個或多個可選、附加或替換步驟，其對應(yīng)于結(jié)合提出的構(gòu)思或上面描述實施例所提及的一個或多個方面。
[0085]實施例還可以提供了一種計算機程序，其具有當(dāng)在計算機或處理器上執(zhí)行計算機程序時用于執(zhí)行上面方法中的一個的程序代碼。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地認(rèn)識到可以由編程計算機來執(zhí)行各種上面描述方法的步驟。在本文中，某些實施例還意圖覆蓋程序存儲裝置，例如，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲介質(zhì)，其是機器或計算機可讀的，并且對機器可執(zhí)行或計算機可執(zhí)行指令程序進行編碼，其中，指令執(zhí)行上面描述方法的動作中的某些或全部。程序存儲裝置可以例如是數(shù)字存儲器、諸如磁盤和磁帶的磁存儲介質(zhì)、硬盤驅(qū)動器或光學(xué)可讀數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲介質(zhì)。實施例還意圖覆蓋被編程為用以執(zhí)行上面描述方法的動作的計算機或被編程為執(zhí)行上面描述方法的動作的(現(xiàn)場)可編程邏輯陣列((F) PLA)或(現(xiàn)場)可編程序門陣列((F)PGA)。
[0086]描述和附圖僅僅舉例說明本公開的原理。因此將認(rèn)識到的是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠設(shè)計各種裝置，其雖然未在本文中明確地描述或示出，但體現(xiàn)本公開的原理并被包括在其精神和范圍內(nèi)。此外，本文所敘述的所有示例主要是明確地旨在僅用于教學(xué)的目的，以幫助讀者理解本公開的原理和由(多個)發(fā)明人貢獻以使本領(lǐng)域進步的構(gòu)思，并且應(yīng)將其解釋為不限于此類具體敘述的示例和條件。此外，本文中的敘述本公開的原理、方面和實施例以及其特定示例的所有陳述旨在包括其等價物。
[0087]應(yīng)將表示為“用于...的裝置”(執(zhí)行某個功能)的功能塊理解為分別地包括被配置成執(zhí)行某個功能的電路的功能塊。因此，也可以將“用于某些東西的裝置”理解為“被配置成于或適合于某些東西的裝置”。因此，被配置成執(zhí)行某個功能的裝置并不意味著此類裝置必須執(zhí)行所述功能(在給定時刻)。
[0088]可以通過專用硬件、諸如“信號提供器”、“信號處理單元”、“處理器”、“控制器〃等以及能夠與適當(dāng)軟件相關(guān)聯(lián)地執(zhí)行軟件的硬件的使用來提供圖中所示的各種元件的功能，包括被標(biāo)記為“裝置”、“用于提供傳感器信號的裝置”、“用于生成發(fā)射信號的裝置”等的任何功能塊。此外，本文中描述為“裝置”的任何實體可對應(yīng)于或被實施為“一個或多個模塊”、“一個或多個裝置”、“一個或多個單元”等。當(dāng)由處理器來提供時，可以由單個專用處理器、由單個共享處理器、或由多個單獨處理器來提供該功能，其中的某些可以被共享。此外，不應(yīng)將術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用解釋為排它地指代能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且其可以隱含地包括(在沒有限制的情況下)數(shù)字信號處理器(DSP)硬件、網(wǎng)絡(luò)處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、用于存儲軟件的只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)以及非易失性存儲器。還可以包括常規(guī)和/或定制的其它硬件。
[0089]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到的是本文中的任何方框圖表示體現(xiàn)本公開的原理的說明性電路的概念圖。類似地，將認(rèn)識到的是任何流程圖、程序圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、偽代碼等表示可以基本上在計算機可讀介質(zhì)中表示并因此被計算機或處理器執(zhí)行的各種過程，無論是否明確地示出了此類計算機或處理器。
[0090]此外，下面的權(quán)利要求被由此結(jié)合到【具體實施方式】中，其中，每個權(quán)利要求可以作為單獨的實施例而獨立存在。雖然每個權(quán)利要求可以作為單獨實施例而獨立存在，但應(yīng)注意的是-雖然在權(quán)利要求中從屬權(quán)利要求可能指的是與一個或多個其它權(quán)利要求的特定組合-其它實施例也可以包括從屬權(quán)利要求與每個其它從屬權(quán)利要求的主題的組合。在本文中提出此類組合，除非聲明特定的組合是不希望的。此外，旨在還包括對于任何其它獨立權(quán)利要求的權(quán)利要求的特征，即使并未直接使得此權(quán)利要求從屬于該獨立權(quán)利要求。
[0091]還應(yīng)注意的是可以通過具有用于執(zhí)行這些方法的相應(yīng)動作中的每一個的裝置的設(shè)備來實施在本說明書中或權(quán)利要求中公開的方法。
[0092]此外，應(yīng)理解的是不可以將在本說明書或權(quán)利要求中公開的多個動作或功能的公開解釋為在特定順序內(nèi)。因此，多個動作或功能的公開將不會使這些局限于特定順序，除非此類動作或功能由于技術(shù)原因而不可互換。此外，在某些實施例中，單個動作可以包括或者可以被分解成多個子動作?？梢园ù祟愖觿幼髯鳛榇藛蝹€動作的公開的一部分，除非被明確地排除。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備，該設(shè)備包括: 傳感器單元，其被配置成在可變電容器被預(yù)定義偏置電壓偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化弓I起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息；以及 補償單元，其被配置成影響傳感器信號或提供能夠影響傳感器信號的補償信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元或補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述預(yù)定義偏置電壓基本上是恒壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述可變電容器包括薄膜和至少一個背板，其中，所述補償單元被配置成影響傳感器信號或提供能夠影響傳感器信號的補償信號，使得傳感器信號包括由變化電流和薄膜與所述至少一個背板之間的距離的非線性相關(guān)引起的比沒有補償單元或補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述補償單元被配置成生成指示傳感器信號的非線性信號部分的逆的近似的補償信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述補償單元被配置成基于由傳感器信號的二次或三次多項式的近似來生成補償信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述傳感器單元包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其被配置成基于模擬傳感器信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換來生成傳感器信號，該模擬傳感器信號指示由被預(yù)定義偏置電壓偏置的可變電容器的電容變化引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述補償單元被配置成基于由傳感器單元生成的傳感器信號來計算已補償傳感器信號或通過基于由傳感器單元生成的傳感器信號從查找表中選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定已補償傳感器信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，具有可變電容的所述可變電容器包括在兩個背板之間的薄膜，其中，該薄膜以預(yù)定義偏置電壓偏置，其中，所述傳感器單元被連接到可變電容器的第一背板，并被配置成生成傳感器信號，其指示由可變電容器的薄膜移動引起的來自可變電容器的第一背板的變化電流或到可變電容器的第一背板的變化電流，其中，所述補償單元被連接到可變電容器的第二背板，并被配置成生成補償信號，其指示由可變電容器的薄膜移動引起的來自可變電容器的第二背板的變化電流或到可變電容器的第二背板的變化電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述補償單元包括具有被連接到運算放大器的反相輸入端的電容反饋的反相運算放大器，其中，可變電容器的第二背板也被連接到運算放大器的反相輸入端，并且運算放大器被配置成在運算放大器的輸出端處提供補償信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，包括偏置電壓單元，其中，所述傳感器單元被配置成由第一預(yù)定義偏置電壓偏置第一背板， 其中，所述補償單元被配置成由第二預(yù)定義偏置電壓偏置第二背板，其中，所述偏置電壓單元被配置成由第三預(yù)定義偏置電壓偏置薄膜，其中，所述第一預(yù)定義偏置電壓、第二預(yù)定義偏置電壓和第三預(yù)定義偏置電壓被選擇成使得傳感器信號的非線性信號部分低于在第一預(yù)定義偏置電壓等于第二預(yù)定義偏置電壓的情況下生成的傳感器信號的非線性信號部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述補償單元被配置成通過將由傳感器單元生成的傳感器信號與補償信號組合來獲得已補償傳感器信號，使得已補償傳感器信號包括比由傳感器單元生成的傳感器信號更少的非線性信號部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述補償單元被配置成通過從由傳感器單元生成的傳感器信號中減去補償信號來將由傳感器單元生成的傳感器信號與補償信號組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，具有可變電容的可變電容器包括在兩個背板之間的薄膜，其中，所述補償單元包括偏置電壓單元，其被配置成由第一預(yù)定義偏置電壓偏置第一背板并由第二預(yù)定義偏置電壓偏置第二背板，其中，所述傳感器單元被連接到可變電容器的薄膜，并被配置成以第三預(yù)定義偏置電壓偏置薄膜，并生成傳感器信號，其指示由可變電容器的薄膜移動引起的來自可變電容器的薄膜的變化電流或到可變電容器的薄膜的變化電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，第一預(yù)定義偏置電壓不同于第二預(yù)定義偏置電壓且第三預(yù)定義偏置電壓基本上等于第一預(yù)定義偏置電壓與第二預(yù)定義偏置電壓的算術(shù)平均數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述第一預(yù)定義偏置電壓不同于第二預(yù)定義偏置電壓且第三預(yù)定義偏置電壓在第一預(yù)定義偏置電壓與第二預(yù)定義偏置電壓之間，其中，第一預(yù)定義偏置電壓、第二預(yù)定義偏置電壓和第三預(yù)定義偏置電壓被選擇成使得傳感器信號的非線性信號部分低于在第三預(yù)定義偏置電壓等于第一預(yù)定義偏置電壓與第二預(yù)定義偏置電壓的算術(shù)平均數(shù)的情況下生成的傳感器信號的非線性信號部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述傳感器單元包括具有被連接到運算放大器的反相輸入端的電容反饋的反相運算放大器，其中，所述可變電容器也被連接到運算放大器的反相輸入端且所述運算放大器被配置成在運算放大器的輸出端處提供傳感器信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括具有被配置成根據(jù)施加于硅擴音器的聲壓而改變電容的可變電容器的硅擴音器。
18.一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備，該設(shè)備包括: 可變電容器，其包括可變電容； 偏置電壓單元，其被配置成以預(yù)定義偏置電壓偏置可變電容器； 傳感器單元，其被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化弓I起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息， 其中，所述傳感器單元包括被連接到運算放大器且被配置成基于模擬傳感器信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換來生成傳感器信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；以及 補償單元，其被配置成影響傳感器信號或提供能夠影響傳感器信號的補償信號，使得傳感器信號包括比在沒有補償單元或補償信號的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分， 其中，所述補償單元被配置成通過將由傳感器單元生成的傳感器信號與補償信號組合來獲得已補償傳感器信號，使得已補償傳感器信號包括比由傳感器單元生成的傳感器信號更少的非線性信號部分，或者補償單元被配置成基于由傳感器單元生成的傳感器信號來計算已補償傳感器信號或被配置成通過基于由傳感器單元生成的傳感器信號從查找表選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)而確定已補償傳感器信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述傳感器單元包括具有被連接到運算放大器的反相輸入端的電容反饋的反相運算放大器，其中，所述可變電容器也被連接到運算放大器的反相輸入端且所述運算放大器被配置成在運算放大器的輸出端處提供模擬傳感器信號。
20.一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備，該設(shè)備包括: 可變電容器，其包括可變電容，其中，具有可變電容的可變電容器包括在兩個背板之間的薄膜； 偏置電壓單元，其被配置成以預(yù)定義偏置電壓偏置可變電容器的薄膜； 傳感器單元，其被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化弓I起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息， 補償單元，其被配置成提供補償信號，其中，所述補償信號能夠影響傳感器信號，使得該傳感器信號包括比在沒有補償信號影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述傳感器單元包括反相運算放大器，其具有被連接到傳感器單元的運算放大器的反相輸入端的電容反饋，其中，可變電容器的第一背板也被連接到傳感器單元的運算放大器的反相輸入端，并且所述傳感器單元的運算放大器被配置成在傳感器單元的運算放大器的輸出端處提供傳感器信號，其中，所述補償單元包括反相運算放大器，其具有被連接到補償單元的運算放大器的反相輸入端的電容反饋，其中，可變電容器的第二背板也被連接到補償單元的運算放大器的反相輸入端，并且所述補償單元的運算放大器被配置成在補償單元的運算放大器的輸出端處提供補償信號。
22.一種用于生成指示關(guān)于包括可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的設(shè)備，該設(shè)備包括: 可變電容器，其包括可變電容，其中，具有可變電容的可變電容器包括在兩個背板之間的薄膜； 傳感器單元，其被配置成在可變電容器以預(yù)定義偏置電壓被偏置的同時生成傳感器信號，該傳感器信號指示關(guān)于由可變電容器的電容變化引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流的信息；以及 補償單元，其被配置成影響傳感器信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
23.根據(jù)要求22的設(shè)備，其中，所述傳感器單元包括具有被連接到運算放大器的反相輸入端的電容反饋的反相運算放大器，其中，所述可變電容器的薄膜被連接到運算放大器的反相輸入端，并且該運算放大器被配置成在運算放大器的輸出端處提供傳感器信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，所述補償單元包括被配置成以第一預(yù)定義偏置電壓偏置第一背板且以第二預(yù)定義偏置電壓偏置第二背板的偏置電壓單元，其中，所述傳感器單元被配置成以第三預(yù)定義偏置電壓偏置薄膜，并生成傳感器信號，其指示由可變電容器的薄膜移動引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，包括具有被配置成根據(jù)施加于硅擴音器的聲壓而改變電容的可變電容器的硅擴音器。
26.一種用于生成指示關(guān)于具有可變電容的可變電容器的電容的信息的傳感器信號的方法，該方法包括: 生成傳感器信號，其指示由以預(yù)定義偏置電壓被偏置的可變電容器的電容變化而引起的流過傳感器單元與可變電容器之間的連接的變化電流；以及 由補償單元來影響傳感器信號，使得傳感器信號包括比沒有補償單元的影響的情況下的傳感器信號更少的非線性信號部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述電容變化是由聲壓水平的變化引起的。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述聲壓水平的變化包括與電容變化的逆相關(guān)。
【文檔編號】G01R27/26GK104133115SQ201410094385
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】D.德拉克塞爾邁爾, D.施特勒伊斯尼希, A.韋斯鮑爾, C.B.武爾青格 申請人:英飛凌科技股份有限公司