[发明专利]高电压器件的电容测量

说明书

相关申请文件的交叉引用

本专利申请要求于2013年2月13日提交的、并且题目为高电压器件的电容测量的申请号为13/765,965的美国专利申请和于2012年9月17日提交的、并且题目为高电压器件的电容测量的申请号为61/702,196的美国临时专利申请的优先权。以上每一文件的内容以引用方式全文并入此。

技术领域

本发明大体上涉及一种高电压器件的电容测量，以及更具体地，涉及这样一种高电压器件的电容测量，它使在测量中涉及到的有源器件不会暴露于高电压器件的高电压。

背景技术

在器件的电容测量中所使用的被集成的有源器件往往局限于，进行测量时有源器件能够暴露的电压。电压极限可能是由于端电压或击穿电压，在没有大量电流泄漏和有源器件的寿命显著降低的情况下，击穿电压可阻止有源器件接收任何超过击穿电压的电压。在现代技术中，常用的击穿电压可以在1V到10V的范围内。

高电压器件一般是一种能够工作在高于有源器件的击穿电压的电压下的器件。电容式微机电系统(MEMS：micromechanical system)器件是此类高电压器件的一个示例。电容式MEMS器件通过施加的电压促进元件的移动。移动量的确影响了电容式MEMS的电容。电容式MEMS器件的电容测量难以采用传统的电容测量电路进行测量，因为移动元件到特定量所需要的电压往往大于传统电容式测量电路的有源器件的击穿电压。

传统的电容测量通过连接高电压器件到包括有源器件的电路来进行。然而，这种连接可能极大地限制了能够被施加到高电压器件的电压或者可能极大限制了使测量容易的电路的灵敏度。实际上，当被施加到器件的电压高于有源器件的击穿电压时(如电容式MEMS器件的情况下)，高电压器件的电容测量变得不可能。

发明内容

下面给出简单概述，以便提供对本发明的某些方面的基本理解。该概述并不是本发明的详尽描述。它目的不是为了识别本发明的主要或关键元件，也不是为了描绘本发明或权利要求的范围。它的目的仅仅在于用以简化形式描述本发明的一些概念，作为稍后详细描述的前序。

在本发明的非限定性实施例中，描述了一种在电容测量中能够促进被施加到外部器件(例如，如电容式MEMS器件的高电压外部器件)的高电压的绝缘的系统。该系统包括放大器，该放大器具有正输入、负输入和输出以及两个分别存储高电压的电容器。第一电容器被连接到放大器的负输入和具有未知电容的外部器件。第二电容器被连接到放大器的输出和外部器件。该系统还包括为放大器的正输入提供低电压的电压源器件和连接放大器的输出和放大器的负输入的重置器件(reset device)。检测器器件能够测量作为电压源所提供的低电压的变化的函数和外部器件的未知电容的函数的放大器的输出电压的变化。

在本发明的另一非限制性实施例中，描述了一种方法，即使外部器件暴露于高电压时，该方法也能够促进外部器件的电容测量。该方法包括在具有未知电容的外部器件上、在放大器的负输入和外部器件之间的第一电容器上以及在放大器的输出和外部器件之间的第二电容器上存储高电压。然后低电压被施加到放大器的正输入。放大器的输出的电压和放大器的负输入的电压通过重置器件被驱动到相等的低电压。被施加在放大器的正输入的低电压可以被改变，并且放大器的输出的电压变化可以被测量。在放大器的输出处的电压变化正比于未知电容和被施加在放大器的正输入处的电压变化。

在本发明的另一非限制性实施例中，描述了一种电容测量电路。即使在外部器件暴露于高电压时，该电容测量电路也可用以测量外部器件的电容。该电容测量电路包括放大器，该放大器包括正输入、负输入和输出、被连接到放大器的负输入和具有未知电容的外部器件并且用以存储高电压的第一电容器，以及被连接到放大器的输出和外部器件并用以存储高电压的第二电容器。该电容测量电路还包括重置器件，该重置器件连接放大器的输出和放大器的负输入，并且促进将放大器的输出和放大器的负输入驱动到由电压源器件提供给放大器的正输入的低电压。因此，在放大器的输出电压中的变化作为电压源所提供电压的变化的结果是外部器件的未知电容的函数。

下面的描述和附图详细阐述了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面表明了创新原理可以被应用的不同方式的一部分。本发明目的是要包括所有这些方面和它们的等效形式。从下面结合附图对本发明的详细描述中，本发明的其他的优点和显著特征将会更明显。

附图说明

参照下面的附图对本发明的非限定性和非穷举的实施例进行描述，其中在所有的视图中，相同附图标记指代相同的部件，除非另外特别指出。