專利名稱：一種帶有電容測量電路的微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容測量電路，尤其是一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ設(shè)備的電容測量 電路。
背景技術(shù)：
該背景說明是用于大致敘述本發(fā)明公開的背景。針對該背景部分描述的技術(shù)程度 以及本發(fā)明的說明書中的內(nèi)容在本發(fā)明申請日前也未被授權(quán)成為在先技術(shù)，故相對現(xiàn)有公 開本發(fā)明的發(fā)明人的所做的工作既沒有明確地也沒有隱含地被視為在先技術(shù)。如圖1所示，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備10可以用于調(diào)整相機(jī)14中透鏡陣列12的焦 距。比如，透鏡陣列12通常包括固定透鏡22和M以及一個設(shè)置在其間的可移動透鏡26。 可移動透鏡26的位置可以由電壓源Vs的輸出電壓調(diào)整。用于調(diào)整MEMS設(shè)備10的電壓通常是線性的，并受到生產(chǎn)誤差所影響。這樣，對應(yīng) 預(yù)設(shè)的透鏡位置的電壓值在不同的相機(jī)中可能會有所不同。在相機(jī)生產(chǎn)完成后通常采用電 容測量來表征微機(jī)電設(shè)備10的反應(yīng)。此類測量通常使用復(fù)雜的電子測量設(shè)備以及其它外 部組件。如圖2所示，在發(fā)貨前廠家可以利用準(zhǔn)確的測量來消除一些生產(chǎn)誤差的影響，但 另外一些誤差的影響卻不可能被消除。比如，電壓和位移之間的關(guān)系會被重力所影響(其隨 方向而變化)。這樣，電壓和位移之間的對應(yīng)關(guān)系依賴于相機(jī)是向上、向下還是水平放置。電 壓與位移之間的關(guān)系也會根據(jù)溫度和磁滯現(xiàn)象而變化。所有這些誤差會局限微機(jī)電設(shè)備10 在自動對焦領(lǐng)域中的應(yīng)用。光學(xué)測量系統(tǒng)可以用于測量位移。然而，光學(xué)測量系統(tǒng)通常難以整合在便攜相機(jī) 中。一些傳統(tǒng)的電容測量設(shè)備施加AC電壓信號于設(shè)備的一個電極上并使用一個已知阻值 的電阻檢測第二個電極上的電壓(或者電流信號)。這樣設(shè)備的電容信息就可以通過振幅比 Vrms得以確定。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動和電容測量電路。本發(fā)明采用的技術(shù)方案可以描述為
本發(fā)明所提出的一種驅(qū)動和電容測量電路包絡(luò)電壓源、電流源和電容測量電路，其中 在驅(qū)動模式下所述電壓源有選擇性地在一個第一節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生一個輸出電壓以改變一個連 接到所述第一節(jié)點(diǎn)并帶有可變電容量的設(shè)備的電容量。在測量模式下所述電流源有選擇地 在第一節(jié)點(diǎn)上提供充放電流(charging and discharging current)中的一個。在測量模 式下，所述電容計算電路在第一節(jié)點(diǎn)上采集電壓值，確定第一節(jié)點(diǎn)電壓的變化率并在電壓 變化率和充放電流中的一個的數(shù)值基礎(chǔ)上計算設(shè)備的電容值。另外，在測量模式中所述電壓源不在第一節(jié)點(diǎn)上提供輸出電壓；在驅(qū)動模式下所述電流源不在第一節(jié)點(diǎn)上提供充放電電流。進(jìn)一步，所述電容計算電路包括一連接電壓源和電流源的控制器。第一電容一端 連接到第一節(jié)點(diǎn)上，另一端連接到積分放大器。第一比較器比較積分放大器的輸出電壓和 第一閾值電平。所述控制器接收第一比較器的輸出信號。進(jìn)一步，所述控制器在一個時間段內(nèi)有選擇地重置所述積分放大器，此時間段從 測量模式啟動時開始，并經(jīng)歷一個由設(shè)備的串聯(lián)電阻和所述驅(qū)動和電容測量電路的輸入電 容量所定義的時間常數(shù)后結(jié)束。所述電容計算電路還包括第二比較器，用于比較積分放大 器的輸出信號和第二電壓閾值，所述第二電壓閾值與所述第一電壓閾值不同。所述控制器接 收第二比較器的輸出信號并測定對應(yīng)于第一比較器和第二比較器的輸出信號的電壓變化率。進(jìn)一步，電容計算電路還包括一個電壓閾值生成電路，閾值其在電容測量模式中 的第一時間點(diǎn)上輸出第一電壓閾值。所述電壓閾值生成電路還在電容測量模式中的第二時 間點(diǎn)上輸出一個與前述第一電壓閾值不同的第二電壓閾值?？刂破鹘邮盏谝槐容^器的輸出 信號后測定其中電壓的變化率。進(jìn)一步，本發(fā)明中的設(shè)備還含有一個微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備。所述微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整 透鏡陣列中的一個透鏡的位置。進(jìn)一步，設(shè)備的電容量隨著輸出電壓的不同而變化。測量模式的持續(xù)時間小于設(shè) 備的機(jī)械時間常數(shù)。進(jìn)一步，所述電壓源在第一電壓范圍內(nèi)改變輸出電壓值。其中充放電流中的一個 調(diào)整輸出電壓的幅度小于第一電壓范圍的1。本發(fā)明還提出了一種驅(qū)動和測量設(shè)備的電容的方法，其包括在驅(qū)動模式下在第一 個節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個輸出電壓以改變設(shè)備的電容量，但在測量模式下并不在此第一個節(jié)點(diǎn)上輸 出電壓；在測試模式下在所述第一個節(jié)點(diǎn)上輸出充放電流中的一個，但在驅(qū)動模式下并不 在此第一個節(jié)點(diǎn)上輸出此充放電流中的一個；在測試模式下測定在第一個節(jié)點(diǎn)上的電壓的 變化率，并在電壓變化率和此充放電流中的一個的數(shù)值基礎(chǔ)上計算可變電容的電容量。本發(fā)明進(jìn)一步的適用領(lǐng)域從以下的具體描述中變得清晰可見。應(yīng)該明白這些具體 描述和范例只是用于示范用途，并不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明所提出的電容測試方法的優(yōu)點(diǎn)包括使用單個引腳驅(qū)動并測量微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備。 微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的另一個電極可以用于接地。另外，還可以在不使用任何額外的設(shè)備或者 工具的情況下實現(xiàn)實時測量。本發(fā)明所提出的驅(qū)動和電容測量電路可以整合到相機(jī)中并靠 近微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備設(shè)置。這樣，由于線路板上的走線所導(dǎo)致的寄生電容可以被最小化。此 驅(qū)動和電容測量電路只增加了非常小的寄生電容。對于微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的串聯(lián)電阻影響的 補(bǔ)償可以在電容測量中通過在激活啟動和停止比較器之前插入延遲所實現(xiàn)。使用積分放大器使輸出端的小信號跌幅影響成為可能，此跌幅通常會干擾微機(jī)電 系統(tǒng)設(shè)備的精確定位。只要電容測量足夠快，并最小化其干擾，實時微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的位移 控制就可以實現(xiàn)，盡管遲滯現(xiàn)象和微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的朝向變化依然存在。


結(jié)合下面的實施方案的具體描述和附圖有助于進(jìn)一步了解本發(fā)明，其中圖1是一個現(xiàn)有技術(shù)中定位可移動透鏡的微機(jī)電設(shè)備的驅(qū)動電路的原理框圖； 圖2是一顯示了圖1中的微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備相對于采用的電壓和方向的電容誤差的表； 圖3是本發(fā)明的一個實施例中的微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動和電容測量電路的原理框圖； 圖4是一顯示了本發(fā)明中一個微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備在電容測量過程中電壓的變化的表； 圖5是一顯示了電容測量過程中微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的位移量的表； 圖6為本發(fā)明的另一個實施例中微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動和電容測量電路的原理框圖； 圖7為本發(fā)明的另一個實施例中微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動和電容測量電路的原理框圖； 圖8為本發(fā)明的另一個實施例中微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動和電容測量電路的原理框圖； 圖9是一個包括有驅(qū)動和電容測量電路的便攜式電子設(shè)備的原理框圖；以及 圖10是一個包括有驅(qū)動和電容測量電路的電子設(shè)備的原理框圖。
具體實施例方式下面的描述只是作為示范性的，并不能視為對本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域的任 何限制。為了更清晰地解釋，附圖中相同的號碼用于指示相似部件。正如其中所使用的，詞 組“A，B和C中的至少一個”意味著一個邏輯(“A或者B或者C”)，這里使用了一個非獨(dú)占 的邏輯詞“或者”。我們還應(yīng)該明白在不改變本發(fā)明的原則的前提下，方法中的“步驟”不一 定要按次序執(zhí)行。本發(fā)明涉及一種帶有容量隨施加電壓或者電流變化而變化的電容的設(shè)備的電容 量測量電路。本說明書會結(jié)合一種微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備對本發(fā)明所提出的一種對于帶有可變電 容的設(shè)備的電容測量電路加以描述。本發(fā)明使微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的實時電容測量成為可能。本發(fā)明還使微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備 定位(比如透鏡陣列的焦距)的精確控制成為可能，盡管微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的位移(用另外的 話說，其為透鏡的位置)和施加電壓之間的對應(yīng)關(guān)系中偏差因為生產(chǎn)誤差、方向、溫度以及 磁場的關(guān)系仍然存在。為了實現(xiàn)實時運(yùn)作，電容測量應(yīng)該使微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備和施加的電壓的變化最小 化。根據(jù)本發(fā)明的電容測量在一個節(jié)點(diǎn)上施加了 一個恒定的充電或放電電流并檢測其電壓 的變化。由于該電流，此輸出電壓以一個依賴于節(jié)點(diǎn)上的電流和電容值的斜率或者比率變 化。圖3中，微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110的驅(qū)動和電容測量電路100得以描述。微機(jī)電系統(tǒng) 設(shè)備Iio在電氣上可以等效為一可變電容Cmems，一串聯(lián)電阻&和一并聯(lián)電阻&。引腳電容 和/或其它出現(xiàn)在微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110和驅(qū)動和電容測量電路100的輸入引腳之間的寄生 電容可以用電容Cin來代表。驅(qū)動和電容測量電路100還包括一個電容量計算電路104。所述驅(qū)動和電容計算電路100還包括一個電壓源120，所述電壓源120連接所述微 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備并產(chǎn)生一個改變微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備Iio位置的外加電壓。比如，所述電壓源120 可以包括一個電荷泵。所述電容計算電路104包括一個控制器124，其接收相機(jī)控制器(未 在圖中顯示)的透鏡指令并根據(jù)此指令在電容測量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個校正了的透鏡位置指 令。所述控制器1 可以初始化電容測量以回應(yīng)相機(jī)控制器的測量指令。替換地，控制器 124也可以基于一事件，周期地或者以其它方式獨(dú)立地啟動電容測量?？刂破鱅M通過控制 開關(guān)S1，S2和S3的開關(guān)狀態(tài)有選擇地測量微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的電容量，如下所述。控制器還包括一個計數(shù)器128。電容計算電路104還包括一個電容C1,此電容C1 一端連接到微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110 上，其另一端與開關(guān)Si、電容Cint和積分放大器130的倒置輸入端相連接。所述積分放大器130的輸出值為比較器132和134的第一輸入端的輸入值。比較 器134的第二輸入端接收第一電壓閾值VTH。比較器132的第二輸入端接收第二電壓閾值 Vth +AV0比較器132和134的輸出端連接到計數(shù)器128的輸入端。比較器134和132的 一個輸出端啟動計數(shù)器128，另一個輸出端停止計數(shù)器128，這在后面會被進(jìn)一步解釋。驅(qū)動和電容測量電路100還包括有一個電流源I。開關(guān)S2在電容測量期間有選擇 地斷開電壓源120以提供高阻抗。開關(guān)S3在電容測量期間有選擇地關(guān)閉以為微機(jī)電系統(tǒng) 設(shè)備10提供放電電流。可以理解，電流源I也可以提供一個充電電流。驅(qū)動和電容測量電路100的組件 可以整合為一集成電路。微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110可以連接到系統(tǒng)地線，并通過一個單引腳連 接到驅(qū)動和電容測量電路。使用時，所述驅(qū)動和電容測量電路100在驅(qū)動模式和測量模式兩種模式下運(yùn)行。 在驅(qū)動模式期間，開關(guān)S2關(guān)閉，開關(guān)S3打開，開關(guān)Sl關(guān)閉。這樣，電流源I在驅(qū)動模式下 沒有充電(或者放電)電流輸出。電壓源120連通控制器IM并基于透鏡位置指令向微機(jī)電 系統(tǒng)設(shè)備輸出合適的施加電壓。在測量模式開始時，開關(guān)S2打開，S3關(guān)閉以提供充電(或放電)電流。在經(jīng)過一個 大于&和Cin的時間常數(shù)的預(yù)設(shè)時間后，開關(guān)Sl打開以重置CINT。在電壓升高并超過Vth 后，比較器134產(chǎn)生一開始信號到計數(shù)器128中。在電壓升高并超過Vth +ΔΥ后，另一個 比較器132產(chǎn)生一終止信號?？刂破鱅M在開始和終止信號的時間差、電壓差Δ V和放電 (或者充電)電流值的基礎(chǔ)上計算微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110的位置。舉例來說，可變電容Cmems的值可以根據(jù)位移量在50pF到700pF之間變化。串聯(lián)電 阻Rs的值可以在0 Ω到200kΩ之間變化。并聯(lián)電阻&的阻值通常很高，例如高于100ΜΩ。 可以理解，其它不同的數(shù)值可以用在其它不同的應(yīng)用中。電容值Cmems依賴于施加在微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110上的直流電壓。施加在微機(jī)電系統(tǒng) 設(shè)備110上的任何相當(dāng)于微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的機(jī)械時間常數(shù)(通常小于10 ms)的電壓變化都 會引起微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的移動。為了在一個實時應(yīng)用中測量電容(和位移)信息，電容測量 的方法應(yīng)該盡量減少對微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備位置的干擾。在本發(fā)明中，電容測試信號只施加于 一個非常短的時間段內(nèi)(遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10 ms)，并帶有一個非常小的振幅(通常小于幾伏特)。電容測量可以通過測量一個固定的電壓跌幅的時間長度來實現(xiàn)。用另外的話說， 所測量的電容等于
I*time /ΔV,
其中I為放電電流，time為開始和終止信號之間的時間差，Δ V為電壓跌幅。這樣，電 容就涉及逆向電壓變化率或者ΔV /time。放電(或充船電流值可以被調(diào)整到適合需要的電容范圍內(nèi)并保持脈沖持續(xù)時間 低于微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110的機(jī)械時間常數(shù)。使用一個0. 5V的低電壓跌幅，其它典型參數(shù)值 包括16 μΑ的放電電流，小于0.5V的電壓差，和大約為25 μ s的時間差。在處于驅(qū)動模式時，電壓源120輸出一個需要的直流電壓。當(dāng)電容測量開始時，電壓源120斷開(或者進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài))，并施加放電電流到微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備上。通過一個小 電容Cl檢測節(jié)點(diǎn)上的電壓并通過積分放大器130使用一個特定的增益系數(shù)(比如2或者3) 放大此電壓。在另外一個實施例中，可以移走放大器130和電容Cint，此時增益為1。積分 放大器130的輸出分別驅(qū)動匹配的比較器134和132為計數(shù)器1 提供啟動和終止信號。 在終止信號到達(dá)后，驅(qū)動和電容測量設(shè)備100回復(fù)為驅(qū)動模式，移走放電電流并重新激活 電壓源120以在輸出端恢復(fù)正確的電壓水平。在傳統(tǒng)的電容測量應(yīng)用中，微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的串聯(lián)電阻通常會影響到所采用的測 量方法。串聯(lián)電阻限制了施加的電壓的頻率和/或精度。使用本發(fā)明所提出的電容測量方 法，串聯(lián)電阻的影響可以很容易的通過在激活比較器132和134之前插入一個μ s級的延 遲而被補(bǔ)償?shù)窒?。連接到引腳電容Cin上的串聯(lián)電阻在施加到微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備上電流信號和所檢測 的信號之間產(chǎn)生一個RC延遲。由于輸入端的引腳電容Cin相對較小(大約為數(shù)十個pF)，串 聯(lián)電阻& (大約為數(shù)十個kQ)的影響可以通過使用數(shù)μ s的延遲很容易地被抵消。在傳 統(tǒng)測量方法中，微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的電容(最大為800pf)和串聯(lián)電阻&產(chǎn)生RC延遲。這樣 就需要十倍長的延遲，此延遲可能會導(dǎo)致與微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110的機(jī)械時間常數(shù)相關(guān)的問 題。圖4是一顯示了微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備上的電壓在電容測量期間的變化的表。在時間tl 之前，施加的電壓為30V。當(dāng)電容測量在時間tl開始后，開關(guān)S2打開，開關(guān)S3關(guān)閉。電流 源提供一個放電(或充電)電流。在經(jīng)過一個&和Cin的時間常數(shù)后，開關(guān)Sl在時間t2處 打開。比較器在時間t3處產(chǎn)生開始信號，并在時間t4處產(chǎn)生終止信號。在時間t5處，開 關(guān)S3打開，開關(guān)S2和Sl關(guān)閉。如圖4所示，電容測量在一個少于100 μ s的時間段內(nèi)施加在微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110 上的電壓減少0. 5V。由于微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110的時間常數(shù)大于電容測試時間，微機(jī)電系統(tǒng) 設(shè)備的位移在測試期間被最小化。在這個例子中，工作點(diǎn)在30V范圍內(nèi)以0. 5V為單位調(diào)整， 或者以一個小于電壓范圍的2、的值為單位調(diào)整。圖5是一顯示了微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110在測量模式期間的位移的表。帶有一個初 始值為20V的施加電壓，電容測量導(dǎo)致一個極小的微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110的位移，大約為0. 3 Mffl，這是可以接受的。圖6描述了另外一個微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110的驅(qū)動和電容測量電路160。驅(qū)動和電 容測量電路160的運(yùn)行原理和圖3中所描述相類似。然而其只使用了單個比較器132。在 這個實施例中，在電容測量開始時(或者延遲一個預(yù)定的時間)計數(shù)器1 初始化。然后，當(dāng) 積分放大器130的輸出電壓大于電壓閾值Vth時產(chǎn)生終止信號。RC延遲的補(bǔ)償可以在電容 測量中被消除或者抵消。圖7描述了另外一個微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動和電容測量電路170。驅(qū)動和電容測 量電路170的運(yùn)行原理和圖3所描述的類似。然而，其只使用了單個的比較器132。一個閾 值電壓發(fā)生器172產(chǎn)生第一閾值電壓VTH。當(dāng)啟動信號產(chǎn)生時，閾值電壓發(fā)生器172切換到 第二閾值電壓Vth +AV0比較器132的輸出信號用于啟動和終止計數(shù)器128?？刂破?24 觸發(fā)閾值電壓發(fā)生器172切換其第一和第二閾值電壓。圖8描述了另外一個微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的驅(qū)動和電容測量電路180。此驅(qū)動和電容測量電路180的運(yùn)行原理和圖3所描述的類似。然而，其移除了積分放大器130及其相關(guān) 部件。在這個例子中，較高的閾值電壓被輸入到啟動和停止計數(shù)器1 的比較器132和134中?？梢岳斫猓瑘D3和圖6-8中的特征的其它變更合組合是可以預(yù)料到的。如圖9所示，一個便攜式電子設(shè)備200包括一個相機(jī)控制器204，此相機(jī)控制器 204生成透鏡位置指令給驅(qū)動和電容測量電路208。這個便攜式電子設(shè)備可以包括一相機(jī)、 一便攜式電子助理，一智能手機(jī)、移動電話或者其它設(shè)備。驅(qū)動和電容測量電路208通過對 微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備110產(chǎn)生一個外加電壓而達(dá)到定位透鏡206的目的。驅(qū)動和電容測量電路 208使用其中所述的方法測量微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的電容并為相機(jī)控制器204生成測量了的透 鏡位置信息。如圖10所示，一電子設(shè)備220包括一控制器234，其產(chǎn)生設(shè)備指令給驅(qū)動和電容測 量電路238。驅(qū)動和電容測量電路238基于所述設(shè)備指令通過產(chǎn)生一個外加電壓或者電流 控制帶有可變電容的設(shè)備M0。設(shè)備MO的電容隨著施加的電壓或者電流變化。驅(qū)動和電 容測量電路238如同其中所描述的一樣測量設(shè)備240的電容量并產(chǎn)生和輸出測量的電容量 給控制器234。本發(fā)明所提出的電容測試方法的優(yōu)點(diǎn)包括使用單個引腳驅(qū)動并測量微機(jī)電系統(tǒng) 設(shè)備110。微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的另一個電極可以用于接地。另外，還可以在不使用任何額外的 設(shè)備或者工具的情況下實現(xiàn)實時測量。本發(fā)明所提出的驅(qū)動和電容測量電路可以整合到相 機(jī)中并靠近微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備設(shè)置。這樣，由于線路板上的走線所導(dǎo)致的寄生電容可以被最 小化。此驅(qū)動和電容測量電路只增加了非常小的寄生電容。對于微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的串聯(lián)電 阻( )影響的補(bǔ)償可以在電容測量中通過在激活啟動和停止比較器之前插入延遲實現(xiàn)。使用積分放大器130使輸出端的小信號跌幅成為可能，這樣最小化了微機(jī)電系統(tǒng) 設(shè)備110的定位干擾。由于電容測量足夠塊，并最小化其干擾，實時微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的位移 控制就可以實現(xiàn)，盡管遲滯現(xiàn)象和微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的朝向變化依然存在。本發(fā)明所提出的驅(qū)動和電容測量電路可以在每一個轉(zhuǎn)換后或者根據(jù)一個給定的 刷新頻率自動執(zhí)行電容測量?？蛇x地，所述驅(qū)動和電容測量電路可以通過使用一個閉環(huán)系 統(tǒng)直接控制和設(shè)置微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的位移。本發(fā)明可以通過不同的方式實現(xiàn)。盡管本發(fā)明公開包括許多特定的例子，但由于 對于那些研究過本發(fā)明的附圖、說明書和權(quán)利要求的行內(nèi)人士來說，本發(fā)明的其它變更是 顯而易見的，故本發(fā)明的保護(hù)范圍不受到這些例子的限制。
10
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動和電容測量電路，包括電壓源，其在驅(qū)動模式下有選擇性地在第一節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生一個輸出電壓以改變一個連接 到所述第一節(jié)點(diǎn)的并帶有可變電容的設(shè)備的電容量；電流源，其在測量模式下有選擇性地在所述第一節(jié)點(diǎn)提供一個充放電流； 電容計算電路，其在測量模式下在所述第一節(jié)點(diǎn)對電壓進(jìn)行采樣，測定在測量模式下 的第一節(jié)點(diǎn)上的電壓的變化率，并在電壓變化率和充放電流值中的一個的基礎(chǔ)上計算所述 設(shè)備的電容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述電壓源在測量模式下在 所述第一節(jié)點(diǎn)上不提供輸出電壓；并且所述電流源在驅(qū)動模式下在所述第一節(jié)點(diǎn)上不提供 充放電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述電容計算電路包括 與所述電壓源和所述電流源相連接的控制器；一端和所述第一節(jié)點(diǎn)相連接的第一電容； 與所述第一電容的另一端相連接的積分放大器； 用于比較積分放大器的輸出信號和第一電壓閾值的第一比較器； 其中所述控制器接收第一比較器的輸出信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述控制器在一個時間段內(nèi) 有選擇地重置所述積分放大器，此時間段從測量模式啟動時開始，并經(jīng)歷一個由設(shè)備的串 聯(lián)電阻和所述驅(qū)動和電容測量電路的輸入電容量所定義的時間常數(shù)后結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中電容計算電路還包括第二比較器，用于比較積分放大器的輸出信號和第二電壓閾值， 此第二電壓閾值與所述第一電壓閾值不同；并且所述控制器接收第二比較器的輸出信號并測定對應(yīng)于第一和第二比較器的輸出信號 的電壓變化率。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述電容計算電路還包括一個電壓閾值生成電路，閾值其在測量模式下在第一時間向 第一比較器輸出第一電壓閾值并在第二時間向該比較器輸出一個與第一電壓閾值不同的 第二電壓閾值；所述控制器接收所述第一比較器的輸出信號并測定其中的電壓變化率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述設(shè)備包含有微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整透 鏡陣列的一個透鏡的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中 所述設(shè)備的電容隨輸出電壓的變化而變化；并且測量模式的持續(xù)時間小于或者等于所述設(shè)備的機(jī)械時間常數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中 所述電壓源的輸出電壓在第一電壓范圍內(nèi)變化；并且充放電流中的一個調(diào)整輸出電壓的幅度小于第一電壓范圍的洲。
11.一種驅(qū)動和電容測量電路，包括電壓源，其在驅(qū)動模式下在第一節(jié)點(diǎn)上有選擇地產(chǎn)生一個輸出電壓以改變微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)設(shè)備的位置和電容量，但在測量模式下在所述第一節(jié)點(diǎn)上不輸出電壓；電流源，其在測量模式下在所述第一節(jié)點(diǎn)上提供充放電流，但在驅(qū)動模式下在所述第 一節(jié)點(diǎn)上不提供充放電流；以及電容計算電路，其在測量模式下在所述第一節(jié)點(diǎn)對電壓進(jìn)行采樣，在測量模式下測定 第一節(jié)點(diǎn)上的電壓變化率，并在電壓變化率和充放電流值中的一個的基礎(chǔ)上計算設(shè)備的電 容量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述電容計算電路包括 控制器，其與所述電壓源和電流源相連接；第一電容，其一端與所述第一節(jié)點(diǎn)相連接；積分放大器，其與所述第一電容的另一端相連接；以及第一比較器，其將積分放大器的輸出信號和第一電壓閾值進(jìn)行比較；其中控制器接收所述第一比較器的輸出信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述控制器在一時間段內(nèi) 有選擇地重置所述積分放大器，此時間段在測量模式啟動后開始，并經(jīng)歷一個由所述設(shè)備 的串聯(lián)電阻和所述驅(qū)動和電容測量電路的輸入電容所定義的時間常數(shù)后結(jié)束。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中電容計算電路還包括一個第二比較器，其用于比較積分放大器的輸出信號和第二電壓 閾值，所述第二電壓閾值與所述第一電壓閾值不同；并且所述控制器接收第二比較器的輸出信號，并測定對應(yīng)于第一和第二比較器的輸出信號 的電壓變化率。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述電容計算電路還包括一個電壓閾值生成電路，閾值其在測量模式下在第一時間向 第一比較器輸出第一電壓閾值并在第二時間向該比較器輸出一個與第一電壓閾值不同的 第二電壓閾值；并且控制器接收所述第一比較器的輸出信號并測定其中的電壓變化率。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中所述微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整 透鏡陣列的一個透鏡的位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種驅(qū)動和電容測量電路，其中 所述微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的可變電容隨輸出電壓變化而變化；測量模式的持續(xù)時間小于所述微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的機(jī)械時間常數(shù)；電壓源的輸出電壓在第一電壓范圍內(nèi)變化；并且所述充放電流中的一個調(diào)整輸出電壓的幅度小于第一電壓范圍的^)。
18.一種設(shè)備的驅(qū)動和電容測量方法，包括在驅(qū)動模式下在第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個輸出電壓以改變設(shè)備的電容量，但在測量測量模式 下不在所述第一節(jié)點(diǎn)上輸出此電壓；在測量模式下在所述第一節(jié)點(diǎn)上提供充放電流中的一個，但在驅(qū)動模式下不在所述第 一節(jié)點(diǎn)上提供此充放電流中的一個；測定所述第一節(jié)點(diǎn)在測量模式下的電壓改變率；并且在測得的電壓改變率和所述充放電流值中的一個的基礎(chǔ)上計算可變電容的容量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述設(shè)備包含有用于調(diào)整透鏡陣列中透鏡的位 置的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中設(shè)備的可變電容的電容量隨著輸出電壓的變化而變化； 測試模式的持續(xù)時間小于或者等于所述設(shè)備的機(jī)械時間常數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中 電壓源的輸出電壓在第一電壓范圍內(nèi)改變；并且所述充放電流中的一個調(diào)整輸出電壓的幅度小于所述第一電壓范圍的^)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種驅(qū)動和電容測量電路，其包括在驅(qū)動模式下有選擇地在第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一輸出電壓以改變一個連接到所述第一節(jié)點(diǎn)的并帶有可變電容的設(shè)備的電容量的電壓源，在測量模式下有選擇地在所述第一節(jié)點(diǎn)提供充放電流中的一個的電流源，以及在測量模式下對所述第一節(jié)點(diǎn)上的電壓進(jìn)行采樣的電容計算電路，該電路在測量模式下測定所述第一節(jié)點(diǎn)的電壓變化率并根據(jù)測得的電壓變化率和充放電流值中的一個計算所述設(shè)備的電容量。
文檔編號G01R27/26GK102129145SQ201110004649
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者羅伯托·卡西拉奇, 羅伯托·阿麗尼 申請人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司