(57)【要約】  コンデンサ装置（１）と、コンデンサ装置の有効信号のための後置接続された増幅器（７）とを備えるマイクロメカニカルセンサ素子のための回路装置を提案する。この回路装置によって、コンデンサ装置（１）の基本容量の目標値からの偏差を簡単に調整することが可能となる。このためにこの回路装置は、以下のような制御信号、すなわちコンデンサ装置（１）の有効信号とは分離されているが、コンデンサ装置（１）の基本容量に依存している制御信号を形成する回路手段を有し、この制御信号は、増幅器（７）に供給され、増幅器が制御される。
2010505311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロメカニカルセンサ素子のための回路装置であって、コンデンサ装置（１；１１）と、該コンデンサ装置の有効信号のための後置接続された増幅器（７；１４）とを備える装置において、
次のような制御信号、すなわち、前記コンデンサ装置（１；１１）の有効信号とは分離されているが、コンデンサ装置の基本容量に依存している制御信号を形成する回路手段が設けられており、
前記制御信号は、増幅を制御するために前記増幅器に供給される、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の回路装置において、
前記コンデンサ装置（１）に後置接続された回路ブロック（２）と、該回路ブロック（２）に後置接続された信号分岐（３）とが設けられており、
前記回路ブロック（２）は、前記コンデンサ装置（１）の容量を比例電圧に変換し、
前記信号分岐（３）は、少なくとも２つの出力路（４，５）を備えており、
第１の出力路（４）において、前記信号がハイパスフィルタ（６）を介して有効信号として増幅器（７）に供給され、
第２の出力路（５）において、前記増幅器（７）のための制御信号を得るために、前記信号がローパスフィルタ（８）を介して導かれる、
ことを特徴とする回路装置。
【請求項３】
請求項１記載の回路装置において、
前記コンデンサ装置（１１）に後置接続された回路ブロック（１２）が設けられており、
該回路ブロック（１２）は、前記コンデンサ装置（１１）の容量を比例電圧に変換し、
該比例電圧は、フィルタ（１３）を介して有効信号として増幅器（１４）に供給され、
さらに、前記コンデンサ装置（１１）に交流電圧を印加する手段（１５）が設けられており、
前記交流電圧は基本容量を検出するための試験電圧として使用され、
さらに、前記試験電圧部分を前記コンデンサ装置（１１）の出力信号からフィルタリングし、かつ前記増幅器（１４）のための制御信号を前記試験電圧部分から形成する手段（１６）が設けられている、
ことを特徴とする回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロメカニカルセンサのための回路装置に関し、この回路装置は、コンデンサ装置と、コンデンサ装置の有効信号のための後置接続された増幅器とを備える。
【０００２】
センサ素子の範囲においては、現場から、マイクロメカニカルコンデンサ装置に関して非常に様々な実施形態が公知である。このようなコンデンサ装置の素子の構造は、基本的に、それぞれのセンサ素子の用途および使用場所に応じて決定される。動的な圧力センサや音波変換器の場合には、薄膜構造を使用することが多い。コンデンサ装置の１つの電極は、ここではマイクロメカニカルに製造された薄膜によって形成されており、固定された対向電極に対向して構成されている。この薄膜は、圧力ないし音波の影響を受けると変形する。これによってこの薄膜と対向電極との間隔が変化するので、薄膜および対向電極から形成されるコンデンサ装置の容量が変化する。
【０００３】
マイクロメカニカルセンサ素子は、ウェハの相応の加工処理によって大量に製造される。製造の際に切断および構造化された層の機械的特性は、形成する構造素子のセンサ特性に直接に影響を及ぼす。例えば製造中に応力が与えられることによって、"同じ構造である"複数の薄膜センサにおいて、電極と対向電極との間隔が大きく変動することがある。これによって基本容量に違いが生じ、ひいては感度にも違いが生じることとなる。
【０００４】
コンデンサ装置を備えるマイクロメカニカルセンサ素子を大量生産する際において、製造上の制約によるこのようなクオリティの変動を阻止するために、現場から種々異なる手段が公知である。
【０００５】
まずは、マイクロメカニカルセンサ素子の製造プロセスをより精確にコントロールすることが試みられる。これに加えて、製造プロセスの最後に、クオリティコントロールによって、クオリティの規格を統一することができる。すなわちこのクオリティコントロールでは、クオリティ要求に満たない構造素子を検出し、不良品として処分するのである。マイクロメカニカルセンサ素子のこのようなクオリティの変動を、製品全体の電気的調整によって調節する場合もある。すなわちセンサ素子の感度を１つに決定し、回路技術によって所定の値に調整するのである。
【０００６】
上に述べた３つの手段は全て、比較的高コストであり、大量生産の要求とは一致しにくい。
【０００７】
本発明の開示
本発明によれば、コンデンサ装置の基本容量の目標値からの偏差を簡単に調節することができ、そしてマイクロメカニカルセンサ素子に簡単に組み込むことができる回路装置が提案される。
【０００８】
このことは本発明によれば、以下のような制御信号を形成する回路手段によって達成される。すなわちこの制御信号は、コンデンサ装置の有効信号とは分離されているが、コンデンサ装置の基本容量に依存している制御信号である。その後この制御信号は、有効信号のための増幅器に供給され、増幅が制御される。
【０００９】
したがって本発明によれば、センサ素子の動作点を、適当な信号処理によって内的に調節することが提案される。すなわち本発明によれば、簡単な回路技術手段によって、有効信号の検出と並行して、コンデンサ装置の基本容量をも検出することが可能となるということが判明している。さらには有効信号を相応に増幅することによって、センサ素子の感度を、コンデンサ装置の実際の基本容量から出発して、少なくともある程度、回路技術的に簡単に調節することができるということが判明している。これにより、センサ素子の不良品ならびにクオリティコントロールのコストおよび／または製品全体の電気的調整のコストを、格段に低減させることができる。
【００１０】
本発明の回路装置をアナログにもデジタルにも実現するために、基本的に種々異なる手段が存在する。この際、マイクロメカニカル構造素子へ組み込むことができるということを特に重視すべきである。
【００１１】
センサ素子のコンデンサ装置には、コンデンサ装置の容量を比例電圧に変換する回路ブロックが後置接続されていることが多い。本発明の実施例においては、この回路ブロックに、少なくとも２つの出力路を備える信号分岐が後置接続されている。例えば音波変換器など、有効信号が比較的高周波数である適用の場合、有効信号は、第1出力路においてはハイパスフィルタによって電圧信号から得られ、増幅器へと供給される。第２出力路では、コンデンサ装置の基本容量に依存した、電圧信号の直流電圧部分を検出することによって、この増幅器のための制御信号が形成される。このために、電圧信号はローパスフィルタを介して導かれる。
【００１２】
本発明の別の実施形態においては、例えば動的な圧力センサなど、有効信号が低周波数領域にある適用のために、交流電圧をコンデンサ装置に印加する手段が設けられており、この交流電圧は試験電圧として、基本容量を検出するために使用される。実質的に、試験電圧の周波数領域は有効信号とは異なっているので、この試験電圧ならびに有効信号も、適当なフィルタによってコンデンサ装置の出力信号から取り出すことができる。そして試験電圧から、有効信号の増幅器のための制御信号が形成される。
【００１３】
図の簡単な説明
既に前に述べたように、本発明の技術思想を有利に構成、発展させるためには種々異なる手段が存在する。これに関して、独立請求項に続く従属請求項や、図に基づいて以下に示す２つの実施例の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】コンデンサ装置を備えるセンサ素子のための、本発明の第１の回路装置を示す。
【図２】コンデンサ装置を備えるセンサ素子のための、本発明の第２の回路装置を示す。
【００１５】
本発明の詳細な説明
図１に示す回路装置は、容量性の薄膜センサのために考案されている。ここでは比較的高周波数の有効信号が想定されうるので、この薄膜センサを、例えば音波変換器として使用することもできる。コンデンサ装置１は、ここではマイクロメカニカルに形成される薄膜と、固定された対向電極とによって形成される。コンデンサ装置１の容量は、回路ブロック２によって比例電圧に変換される。後置接続された信号分岐３はこの電圧信号を、２つの出力路４および５に分割する。出力路４においては、電圧信号がハイパスフィルタ６を介して増幅器７に供給される。この増幅器７は電圧信号の増幅を制御することができる。もう一方の出力路５においては、制御信号が形成され、増幅器の制御入力側に供給される。これに関して、コンデンサ装置１の基本容量に依存した、電圧信号の直流電圧部分が検出される。すなわち、電圧信号がまずローパスフィルタ８を介して導かれ、整流器９によって整流されることによって検出されるのである。そして増幅器７のための増幅率が、特性曲線１０によって決定される。ハイパスフィルタ６とローパスフィルタ８は、制御信号から有効信号が確実に分離されるように設定しなければならない。
【００１６】
図２に示す回路装置も、容量性の薄膜センサのために考案されている。コンデンサ装置１１の容量は、ここでは回路ブロック１２によって比例電圧に変換される。この回路ブロック１２には、ローパスフィルタ１３が後置接続されており、このローパスフィルタによって、コンデンサ装置１１の出力信号から有効信号が取り出される。その後この有効信号は、制御可能な増幅器１４に供給される。図２に示した回路装置の場合、コンデンサ装置１１は、高周波数の試験電圧１５に接続されており、この試験電圧によって、コンデンサ装置１１の交流抵抗と、このコンデンサ装置の基本容量とを検出することができる。試験電圧部分は、バンドパスフィルタ１６によって、コンデンサ装置１１の出力信号からフィルタリングされる。そしてここから増幅器１７のための信号が整流され、増幅率が特性曲線１８によって決定される。
【００１７】
本発明の回路装置によれば、コンデンサ装置を備えたマイクロメカニカルセンサ素子の感度を所期のように調節できるだけではなく、例えばセンサ素子のオフセットなどの別のパラメータも、所期のように調節できるようになるということに、特に注目すべきである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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