Brevet FR2872900A1 — publié le 20060113

PROCEDE DE TEST D'UN SYSTEME DE MESURE A CAPACITE VARIABLE DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de test d'un système de mesure à capacité variable. Le domaine de l'invention est celui des microsystèmes comprenant un capteur capacitif et un circuit de traitement de l'information délivré par ce capteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE De tels microsystèmes à capteur capacitif ne sont, dans l'art connu, testés que partiellement parce que leurs fonctionnements ne peuvent être simulés avec un niveau de résolution suffisamment élevé. Il existe ainsi un vide dans un procédé de test de ceux-ci, qui est tel que: - On réalise d'abord un test purement électrique en ne prenant pas en compte le capteur, pour vérifier la fonctionnalité, puis - on effectue un test de l'ensemble, c'est-à-dire de la partie capteur associée à la partie circuit de traitement de l'information délivrée par ce capteur. L'inconvénient d'un tel procédé est que le test de l'ensemble est entaché d'erreurs liées à la non connaissance précise d'une part des caractéristiques électromécaniques du capteur et d'autre part du signal à mesurer. L'invention à pour objet un procédé de test permettant de combler un tel vide EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de test d'un système de mesure à capacité variable comprenant une source de tension, un capteur à capacité variable et un circuit de traitement de l'information délivrée par ce capteur, caractérisé en ce qu'il comprend: - une étape de connexion d'un dispositif électronique d'émulation commandable électriquement, en remplacement du capteur à capacité variable, qui permet de présenter au circuit de traitement une grandeur mesurable, une étape de modélisation du comportement éléctrophysique de ce capteur, - une étape de test du système. Avantageusement le procédé de l'invention comprend au cours de l'étape de connexion: - une étape de connexion d'une capacité de valeur fixe entre la source de tension et le circuit de traitement, et - une étape de connexion d'une source de tension variable comme source de tension permettant d'émuler une variation de capacité dudit capteur, au moyen de variations de tension appliquées à cette capacité. 25 Avantageusement la valeur de la capacité de valeur fixe est sensiblement égale à la capacité du capteur au repos. Le procédé de l'invention permet de s'affranchir des incertitudes liées au capteur: caractéristiques électromécaniques précises ou même simple disponibilité, et au phénomène à mesurer: amplitude et fréquence, et calibration de la machine qui génère ce phénomène dans la phase de vérification fonctionnelle de réglage du microsystème, voire même du tri purement électrique de composants après fabrication. Le procédé de l'invention s'applique, par exemple, au cas d'un accéléromètre capacitif dont la résolution est supérieure à 16 bits (-1,5. 10%) alors que la résolution des dispositifs de test de l'art connu, ponts vibrants par exemple, ne dépasse pas 12 bits (2,5.10-2%). Or la vérification des performances d'un accéléromètre 16 bits, dont la pleine échelle de variation de capacité est lpF, conduit à produire des variations de capacité avec une résolution de l'ordre de 15 atoFarad (15. 10-18 Farad),alors qu'un pont vibrant précis à 12 bits ne fournit qu'une résolution de l'ordre de 250 atoFarad. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 illustre le schéma de principe d'un microsystème de mesure capacitive en mode normal. La figure 2 illustre le schéma de principe d'un tel microsystème de mesure en mode test, en mettant en uvre le procédé de l'invention. Les figures 3 à 5 illustrent un exemple de mise en uvre du procédé de test de l'invention. La figure 6 illustre un autre exemple de mise en uvre du procédé de test de l'invention en mode normal. La figure 7 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif d'émulation du capteur capacitif, le circuit de traitement n'étant pas représenté. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le procédé de l'invention est un procédé de test pour un microsystème de mesure à capacité variable. Classiquement un tel microsystème comprend une source de tension fixe, un capteur à capacité variable et un circuit de traitement de l'information délivrée par ce capteur. La figure 1 illustre ainsi un microsystème de mesure d'accélération comportant un capteur capacitif 10, un circuit de traitement 11 servant à réaliser la mesure des valeurs de capacité du capteur dans un mode de fonctionnement normal, VC étant une tension d'excitation constante, et AP une accélération physique. Dans le procédé de l'invention une capacité de valeur fixe est connectée entre la source de tension et le circuit de traitement, cette source de tension étant une source de tension variable. La figure 2 illustre ainsi la transformation du microsystème illustré dans la figure 1 en mode de test. Le capteur capacitif 10 est remplacé par une capacité de valeur fixe 12 intégrée au circuit ou extérieure. La tension d'excitation constante VC et l'accélération physique AP sont remplacées par une tension d'excitation variable VV. Cette tension d'excitation VV est calculée pour que la charge présentée au circuit de traitement 11, en mode test, reste identique à celle qui existe en mode normal, à tension d'excitation constante VC et accélération physique AP données. Le procédé de l'invention permet de simuler un capteur qui n'est pas utilisable, soit parce qu'il n'est pas disponible, soit parce qu'on ne sait pas le faire fonctionner jusqu'à ses limites. En effet, autant il est aisé de simuler des variation de tension ou de courant, autant il est difficile de simuler des variations de capacité, d'autant plus que le circuit de traitement ne doit pas être modifié puisqu'il doit être testé dans son état initial. Aussi pour que le dispositif de l'invention ait réellement un comportement capacitif, le capteur capacitif 10 est remplacé par une capacité fixe 12 de valeur à peu près égale à celle du capteur capacitif au repos de manière à préserver ainsi un comportement capacitif, des variations de capacité étant alors émulées au moyen de variations de tension appliquées à cette capacité. Grâce à de telles caractéristiques la résolution est transférée du domaine des capacités à celui des tensions où il n'y a pas de problème pour atteindre des niveaux de précision très élevés. De manière plus générale, le but de l'invention est de reporter les variations d'un paramètre physique d'un élément sensible (capacité, résistance, self) sur des variations de tension ou de courant, variations plus simples à obtenir et pouvant être plus précises. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le circuit de traitement 11 permet de mesurer les valeurs de capacités du capteur par le biais d'une mesure de charge à tension de charge constante. La variation de capacité liée à la variation d'accélération se répercute alors sur une variation de charge. Le capteur peut être remplacé par un dispositif d'émulation constitué ici d'une capacité constante, la tension de charge variant de manière à produire une variation de la charge Q (Q=CV) correspondant à la variation d'accélération originale. Le dispositif d'émulation permet, alors, par une commande en tension appropriée, de produire le même effet, vu du circuit de traitement 11, que le capteur réel soumis à une accélération donnée. Un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention est illustré sur la figure 3. Les deux modes de fonctionnement, mode normal et mode test, sont sélectionnés par l'intermédiaire d'interrupteurs 20, 21, 24-27. V1 est une tension constante. V2 est une tension variable. Un amplificateur opérationnel 30 est disposé en sortie, une capacité Ci étant branchée entre son entrée négative et sa sortie. Le mode normal est activé quand le signal test, qui commande les interrupteurs 21, 24 et 26, est valide et le mode test est activé quand le signal test, qui commande les interrupteurs 20, 25 et 27, est valide. Cl correspond au capteur capacitif 10 de la figure 1. C2 correspond à la capacité constante 12 de la figure 2. La sortie de l'amplificateur opérationnel sera l'image (par intégration sur Ci) de la charge stockée par Cl ou C2 en fonction de l'état des interrupteurs 20, 21, 24-27. Le fonctionnement en mode normal, c'est-à-dire hors mode de test, du circuit de traitement est illustré sur la figure 4. La capacité Cl du capteur est variable et son évaluation est effectuée en intégrant la charge qu'elle contient lorsqu'on lui applique une tension constante V1. Soient Phil et phi2 deux phases d'horloges successives non recouvrantes. Lorsque les interrupteurs 22 et 29 validés par la phase phil se ferment, la capacité Cl se charge sous la tension constante V1. Dans un second temps, lorsque les interrupteurs 23 et 28 validés par la phase phi2 se ferment, la charge contenue sur Cl est transférée sur la capacité d'intégration Ci, produisant une variation de la tension de sortie VS égale à AVout=Cl/Ci.Vc. Dans le fonctionnement en mode test illustré sur la figure 5, pour reproduire au mieux le comportement du circuit en mode normal, on choisit la valeur de capacité C2 égale à la valeur de capacité Cl du capteur au repos (à accélération nulle). Ensuite, pour émuler une variation de capacité du capteur de iC1max (et surtout la charge correspondante),on choisit V2 tel que: V2Dc=V1Dc et C2.AV2max=0Clmax. V1 Dans un exemple de réalisation illustré sur la figure 6, le capteur capacitif comporte deux capacités (module 35), chacune ayant son circuit de commande et son circuit de test. Ces deux capacités varient en sens opposé au gré de l'accélération. Le circuit de traitement permet d'évaluer la différence des capacités du capteur par le biais d'une mesure de charge à tension de charge constante. La variation de capacité liée à la variation d'accélération se répercute alors sur une variation de charge. Les tensions 36 sont des tensions fixes de mesure. Tous les phi sont les commandes appliquées sur les interrupteurs à différents moments. La figure 7 illustre un exemple de mise en oeuvre d'un dispositif d'émulation électrique de ce capteur capacitif, qui remplace le module référencé 35 sur la figure 6. Les capacités intégrées 37 sont fixes et les tensions de charge 38 sont variables. Les signaux test et testb commandent soit la connexion du capteur au circuit de traitement (connexion des signaux topadccp à tomodccp , topadccn à tomodccn , topadcom à tomodcom ) et la déconnexion de dispositif d'émulation électrique de ce même circuit, soit l'inverse, c'est-à-dire la déconnexion du capteur et la connexion du dispositif d'émulation électrique. REVENDICATIONS 1.Procédé de test d'un système de mesure à capacité variable comprenant une source de tension fixe, un capteur à capacité variable (Cl) et un circuit de traitement de l'information délivrée par ce capteur, caractérisé en ce qu'il comprend: - une étape de connexion d'un dispositif électronique d'émulation commandable électriquement en 10 remplacement du capteur à capacité variable, - une étape de modélisation du comportement électrophysique de ce capteur, - une étape de test du système. 2. Procédé selon la revendication 1, l'étape de connexion comprenant: une étape de connexion d'une capacité (C2) de valeur fixe entre la source et le circuit de traitement, et - une étape de connexion d'une source de tension variable comme source de tension permettant d'émuler une variation de capacité dudit capteur, au moyen de variations de tension appliquées à cette capacité. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la valeur de la capacité (C2) de valeur fixe est sensiblement égale à la capacité (Cl) du capteur au repos.