专利名称：电容输入测试方法
技术领域：
本发明大体上涉及诸如互补金属氧化物半导体(CM0Q器件的电子器件的测试， 更具体地，涉及一种电容输入测试方法和用于电容式传感器信号的电容数字转换的精确测试。
背景技术：
诸如来自德国德雷斯顿(Dresden)的 Zentrum Mikroelektronik Dresden (ZMD)AG 的cLite 电容式传感器信号调节器(或cLite ASSP(专用标准产品))的电容式传感器信号调节集成电路包括电容数字转换器，并且能够将可选范围(例如，就cLite 信号调节器来说为2460pF)内的电容转换为相应的数字量。有利地，cLite 信号调节器当前提供14 位分辨率以及在宽范围电容和温度上非常高的准确性，并且可以用作微控制器或其它切换应用(switch application)。电容式传感器广泛用于众多MEMS的敏感元件中，诸如用于液压控制系统的压力传感器、湿度传感器和液面计。这样的传感器不能接触或直接接触被检测系统或器件，从而即使在恶劣或易爆环境条件下，这样的传感器也有利于工业的直线和角度位置传感器 (industrial linear and angular position sensors)以及___角虫式电 1 立I。电容数字转换器(⑶C)在生产中必须无缺陷，并且希望在生产过程中来验证这点。然而，由于现有的自动测试装置(ATE)不能直接获得或测量电容以便于测试操作，所以电容数字转换器的测试是困难的。
发明内容
总体上，可以使用在外部测试电路上的固定电容器来测试差分/单端 (single-ended)模式中的范围选择，这些固定电容器利用低生产量电容设计的模拟复用器在电容数字转换的输入上切换。可以使用精确电容器来得到这些绝对测量的合理精确性。 然而，即使有超精确电容器，但是当尝试测量电容数字转换器的线性值时，困难也会出现。 因此，本文中公开了用于COMS集成电路的电容输入测试方法，以用于测试电容式传感器信号的电容数字转换的线性值。在一个方面，现有技术中的缺点被克服，并且通过提供估算电容式传感器集成电路芯片的电容数字转换器的线性值的方法来提供其它优点。该方法包括提供多个测试电容器；获得所述多个测试电容器的电容值和所述电容数字转换器的第一输入A和第二输入B的寄生电容；将多次排列的(in multiple permutations)所述多个测试电容器应用 (apply)至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B，且对于至少一些排列中的每个排列而言，确定使用所获得的电容值的所述电容数字转换器的期望输出与所述电容数字转换器的实际测量输出之间的误差；以及对于将所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B的所述至少一些排列使用所确定的误差来确定所述电容数字转换器的线性误差。在另一个方面，提供了一种估算电容数字转换器的线性值的测试系统。该测试系统包括处理器，用来估计将被选择性地应用至所述电容数字转换器的第一输入A和第二输入B的多个测试电容的电容值和所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入 B的寄生电容。所述处理器进一步将多次排列的所述多个测试电容应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B，且对于至少一些排列中的每个排列而言，确定使用所获得的电容值的所述电容数字转换器的期望输出与所述电容数字转换器的实际测量输出之间的误差。所述处理器针对将所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B的所述至少一些排列进一步使用所确定的误差来确定所述电容数字转换器的线性误差。通过本发明的方法了解其它特征和优点。本发明的其它实施例和方面在本文中详细描述，并且视为所要求的发明的一部分。
在说明书的结尾部分，特别指出了并且以权利要求书为例清楚地要求了本发明的一个或多个方面。结合附图，本发明前述的以及其它目的和优点在以下的详细描述中是显而易见的，在附图中图1是根据本发明的一个方面的自动测试装置(ATE)的方框图，该自动测试装置耦合至测试电容式传感器集成电路(IC)芯片用于测试该电容式传感器集成电路芯片；图2A是根据本发明的一个方面的用于便于估算其电容数字转换器(CDC)的线性值并入了片上测试电容器的电容式传感器集成电路(IC)芯片的一个实施例；图2B概念性地示出了根据本发明的一个方面的描述了多个可能的排列中的一个排列的多个测试电容器应用至电容数字转换器的第一输入A和第二输入B，；图3描述了根据本发明的一个方面的在电容数字转换器的线性值测试中使用三个片上测试电容器的一组示例性排列、输出公式、计算、测量和错误值；图4是根据本发明的一个方面的估算电容数字转换器的线性值的处理的一个实施方式的流程图；以及图5通过图表示出了根据本发明的一个方面的绘制了如图3所示的数据组的所确定的误差的线性误差曲线。
具体实施例方式根据本发明的一个或多个方面，图1描述了与将被测试的电容式传感器集成电路(IC)芯片110耦合的自动测试装置(ATE)系统100。如图所示，ATE系统100包括处理器101，在一个实施例中，该处理器101可以实施下文中所描述的一个或一个以上的处理步骤。可选地，在下文中所描述的一个或一个以上的处理步骤可以通过嵌入在电容式传感器 IC芯片110内的处理器(未示出)来实施。
如图2所示，在一个实施例中，通过一组片上测试电容器200使得线性测量变得容易，其中这一组片上测试电容器200将被选择性地切换(在芯片测试期间)为与电容数字转换器(⑶C)电路210的第一输入A或第二输入B并联。在图2A所示的实例中，片上电容 C1切换为与第一输入A的寄生电容Ca并联，而第二片上电容C2和第三片上电容C4切换为与电容数字转换器电路210的第二输入B的寄生电容Cb并联。举例来说，可以通过使用一组电容器使得线性测量变得容易，这一组电容器的电容从一个测试电容器到下一个测试电容器电容值大概变为两倍。因此，在图2A中所示的三个电容器可以包括例如C1为lpF、C2 为2pF和C4为4pF(或者可选地，C1为1. 5pF、C2为3pF和C4为6pF，或者C1为2pF、C2为 4F和C4SSpF)的数值。由于寄生电容的变化，实际的电容值将在一个电容器的实施和下一个电容器的实施之间变化，从而，不能得到精确值。值得注意的是，三个测试电容器足够 (在一个实施例中)用来估算CDC的线性值。图2A中的片上(也就是，在电容式传感器集成电路芯片110中)还示出了存储器 220。在一个实例中，该存储器可以包括板上非易失性EEPR0M，该板上非易失性EEPROM用于存储估算CDC电路的线性值后所建立的标定系数(calibration coefficients) 0因此，标定CDC电路以提高信号调节器(例如，上面指出的cLite ASSP调节器)的精度是可能的。为了实现在此描述的测量的最佳模式，测试电容器为片上电容器，也就是，位于包括被估算的CDC电路的电容式传感器集成电路芯片内。当选择性地将测试电容器与CDC的第一输入A或第二输入B并联连接时，这确保了短连接线的存在，从而，确保了绝对低的寄生电容，该寄生电容与将测试电容和第一输入A或第二输入B并联连接有关联。图2B示意性地示出了使多个测试电容器应用到电容数字转换器的第一输入A或第二输入B变容易的开关。在该描述中，电容器CnC2, C4在与寄生电容Ca(仅举例说明)相并联切换，并与仅具有寄生电容Cb的第二输入B相并联切换。如果电容器C1, C2和C4的全部组合均应用至第一输入A和第二输入B，则一组可以被解出的等式结果能够发现相关值，以及CDC中的线性误差。以CDC差分模式执行测试，并且全部三个电容器连接至⑶C的输入A、输入B或输入A和输入B的组合。如所指出的，假设输入具有寄生电容，在本文中称为Ca和Cb，分别用于输入A和输入B。片上电容器标有C1, C2, C4,并且连接至输入A和输入B的全部电容将作为(；和 Cb(见图3)。每个Ca和Cb的值为电容器C1, C2，C4，Ca和Cb的特定组合的结果。这几个电容器的组合可以通过连接在电容器C1, C2，C4与接地端、另一个大物体(mass)或公共触点之间的开关来完成。由于这些电容永久存在，所以寄生电容不能断电。图2B示出了具有各自的开关S1, S2，S4的片上电容器的逻辑图，其中片上电容器在开关导通状态与输入A并联，在开关断开状态与输入B并联。在所示的开关S1, S2，S4导通状态下，输入A上产生的电容Ca将为(；+(2+(；+(；，而输入B上产生的电容Cb将为Cb，等等，从而实现对于Ca和Cb的图3的的数据组中所示的全部组合。再次值得注意的是，在每一种排列中，电容器C1, C2, C4,切换到输入A、输入B或者它们两者的组合。图3的图表示出了一组示例性片上测试电容器的全部组合的测量、产生的输出公式以及测量和误差的值。测试电容的这些组合可以在片上实施，该片上具有包括桥接一个或一个以上片上电容器或不桥接片上电容器的开关的简单逻辑电路。Csum指的是 Ca+Q+CJQ+Cb 的和。
一个目的是通过反复寻找未知变量Ca，C1, C2, C4, Cb来使平方和误差趋于零(或接近零)。初始推测可以类似于电容器的额定电容，例如，Ca为IpFj1为lpF、C2为2pF、C4为 4pF和Cb为lpF。会产生图3的表中的误差以及4. 29e-6的平方和误差的方案如下所示CaC1C2C4Cb1.09892 1. 15556 2.07095 3.91078 1.04454图4示出了实现图3的数据组的操作的一个实施例。操作通过获得电容变量Ca， C1, C2, C4, Cb的值410来开始估算⑶C的线性值400。如一个实例，可以通过使用电容值的初始估计值，然后通过反复寻找未知变量使平方和误差趋于零，来获得电容变量Ca，C1, C2, C4, Cb的值。继续图4的操作，选择片上电容配置的下一个排列，例如，从图3所示的数据集中选择420。基于选择的排列以及使用各自的输出公式来计算期望输出430。然后获得所选排列的实际输出测量结果440，操作计算期望输出与实际输出之间的误差450。确定是否更多排列将被处理460，如果是，则操作返回选择片上电容配置的下一个排列，例如从图3的数据组中选择。如果已经处理完全部排列，然后在结束480之前，操作确定线性误差470。通过最大绝对误差给出线性误差，该线性误差误差在本实例中为0. 12%。图5的平面图示出了这组测量的线性误差曲线。有关这种测试方法的关注点在于对于未知变量实际上有无穷多种方案，但是全部方案仅仅在于偏置(offset)系数和增益系数不同。由于电容值的偏置和增益项不影响 CDC的线性值，所以产生了该特点。实际上，这种测试方法是在给出约束方程的情况下，找出一组线性误差的最佳直线方案的情况。该约束方程有必要用来限制解决者的能力以补偿解法中CDC的线性误差， 且导致误差最小化的全部解法给出相同的误差曲线。因此，这种测试方法是一种通过仅增加几个小型片上电容器至CDC设计来测量 CDC线性误差的高效且有用的方式。并且这样的片上电容器可以以公知技术被容易地集成。参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品流程图和/或方框图在此描述本发明的一个方面。可以理解的是，通过计算机程序指令来实现流程图和/ 或方框图的每个图块以及流程图和/或方框图中图块的组合。这些计算机程序命令可以被提供至通用计算机、特定计算机或其它可编程数据处理装置的处理器来生产机器，以便通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的命令制造出用于实现流程图和/或方框图或图块中指定的功能/动作的装置。这些计算机程序命令还可以存储在能够管理计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备的计算机可读介质中来以特定的方式工作，以便存储在计算机可读介质中的指令生产一件产品，该产品包括实现流程图和/或方框图或图块中指定的功能/动作。该计算机程序指令还可以下载到计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备以产生一系列将在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行的操作步骤，从而产生计算机执行的操作，以便在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或方框图或图块中指定的功能/动作的处理。根据本发明的各种实施例，图中的流程图和方框图示出了结构、功能、系统的可能实施的操作、方法以及计算机程序产品。就这一点而言，流程图或方框图中的每个图块可以代表包括用于实现特定逻辑功能的一个或一个以上可执行指令的模块、部分或代码部分。 应该注意的是，在一些可选实现实施方式中，图块中指出的功能可能并不按照图中所示的顺序出现。例如，根据有关的功能，连续示出的两个图块实际上可能基本上同时执行，或这些图块可能有时以相反的顺序执行。同样值得注意的是，方框图和/或流程图中的每个图块以及方框图和/或流程图中图块的组合，可以通过执行特定功能或动作的基于特定硬件的系统或特定硬件和计算机命令的组合来实现。在本发明的一个方面中，应用可能被调用用来执行本发明的一个或一个以上方面。举例来说，应用的调用包括提供可以用来执行本发明的一个或一个以上方面的计算机基础结构。作为本发明的又一方面，计算机基础结构可以被调用包括将计算机可读代码结合到计算机系统中，其中与计算机系统结合的代码能够执行本发明的一个或一个以上方面。作为本发明的再一方面，可以提供用于结合计算机基础结构的处理，该处理包括将计算机可读代码结合到计算机系统中。该计算机系统包括计算机可读介质，其中计算机介质包括本发明的一个或一个以上方面。与计算机系统结合的代码能够执行本发明的一个或一个以上方面。进一步地，适用于存储和/或执行程序代码的数据处理系统是可用的，该数据处理系统包括至少一个通过系统总线直接或间接耦合至存储元件的处理器。该存储元件包括例如在程序代码实际执行期间使用的本地存储器、大容量存储器和高速缓冲存储器，该高速缓冲存储器提供至少一些程序代码的存储以减少在执行期间必须从大容量存储器获取的时间码的数量。输入/输出或I/O设备(包括但不限于键盘、显示器、触摸设备、DASD、磁带、⑶S、 DVDs、闪存和其它存储介质等)可以连接至直接或从始至终干预I/O控制器的系统。网络适配器同样可以连接至系统以通过干预私有或公共网络而使数据处理系统变为连接至其它数据处理系统或远程打印机或存储设备。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡仅仅是网络适配器的一些可用类型。在本文中使用的术语仅仅是为了说明特定实施例，而并非用于限定本发明。正如本文中所使用的，除了上下文清楚指出的其它方面，单数形式的“一个”、“一个”和“该”旨在还包括复数形式。将进一步理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、 整数、步骤、操作、元件、部件和/或他们的集合的存在或增加。如果有的话，在下述权利要求书中的全部装置的结构、材料、作用和等同替换或步骤外加功能元件，旨在包括任何用于执行与如特定要求的其它要求的元件关联的功能的结构、材料或作用。本发明的描述被提出是为了解释和说明的目的，但是并非穷尽或者并非是以公开的形式限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内的各种修改及变形，对于本领域的技术人员而言是显而易见的。所选择和描述的实施例为了更好地解释本发明的原则和实际应用，并且为了能够使本领域技术人员以外的其它人理解本发明。尽管已经在本文中对本发明进行了详细的描述和说明，但是在不脱离本发明的精神内可以作各种修改、增加和替换等，这对于本领域的技术人员而言是显而易见的，因而这些视为落入下述权利要求书所限定的本发明的范围中。
权利要求
1.一种估算电容式传感器集成电路芯片的电容数字转换器的线性值的方法，所述方法包括提供多个测试电容器；获得所述多个测试电容器和所述电容数字转换器的第一输入A和第二输入B的寄生电容的电容值；将多次排列的所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B，且对于至少一些排列中的每个排列而言，确定使用所获得的电容值的所述电容数字转换器的期望输出与所述电容数字转换器的实际测量输出之间的误差；以及使用将所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B的所述至少一些排列的所确定的误差来确定所述电容数字转换器的线性误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供包括在所述电容式传感器集成电路芯片中提供多个片上测试电容器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个测试电容器的电容从一个测试电容器到下一个测试电容器变为两倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供包括在所述电容式传感器集成电路芯片中提供三个片上测试电容器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得包括反复寻找最小化所述至少一些排列的平方和误差的所述多个测试电容器以及所述第一输入A和第二输入B的寄生电容的电容值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述线性误差包括确定将所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B的所述至少一些排列的最大绝对误差值。
7.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括使用将所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B的所述至少一些排列的所确定的误差来绘制线性误差曲线。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多次排列的每个排列使用所述多个测试电容器中的每个测试电容器，并且其中，所述应用包括针对所述多次排列的每个排列，提供与所述电容数字转换器的所述第一输入A或所述第二输入B中的一者并联的所述多个测试电容器的每个测试电容器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述电容数字转换器的差分模式下执行所述至少一些排列的每个排列的所述误差的确定。
10.一种估算电容数字转换器的线性值的测试系统，所述测试系统包括处理器，该处理器用来估计将被选择性地应用至所述电容数字转换器的第一输入A和第二输入B的多个测试电容器和所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B 的寄生电容的电容值；所述处理器将多次排列的所述多个测试电容应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B，且对于至少一些排列中的每个排列而言，确定使用估计得到的电容值的所述电容数字转换器的期望输出与所述电容数字转换器的实际测量输出之间的误差；以及所述处理器使用对于将所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B的所述至少一些排列的所确定的误差来确定所述电容数字转换器的线性误差。
11.根据权利要求10所述的测试系统，其中，在电容式传感器集成电路芯片中，所述多个测试电容器与所述电容数字转换器一起位于片上。
12.根据权利要求10所述的测试系统，其中，所述多个测试电容器为与所述电容数字转换器一起设置在片上的三个测试电容器。
13.根据权利要求10所述的测试系统，其中，所述处理器通过反复寻找最小化所述至少一些排列的平方和误差的所述多个测试电容器以及所述第一输入A和第二输入B的寄生电容的电容值来获得所述电容值。
14.根据权利要求10所述的测试系统，其中，所述处理器通过确定将所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B的所述至少一些排列的最大绝对误差值来确定线性误差。
15.根据权利要求10所述的测试系统，其中，所述处理器使用将所述多个测试电容器应用至所述电容数字转换器的所述第一输入A和所述第二输入B的所述至少一些排列的所确定的误差来绘制线性误差曲线。
全文摘要
本发明提供了用于估算电容式传感器集成电路芯片的电容数字转换器(CDC)的线性值的方法和系统。该估算使用了可以与CDC一起位于片上的多个测试电容器，并且包括获得所述多个测试电容器和所述电容数字转换器的第一输入A和第二输入B的寄生电容的电容值；将多次排列的所述多个测试电容应用至所述第一输入A和所述第二输入B，且对于至少一些排列中的每个排列而言，确定使用所获得的电容值的所述CDC的期望输出和所述CDC的实际测量输出之间的误差；以及使用对于将所述多个测试电容器应用至所述CDC的所述第一输入A和所述第二输入B的所述排列的所确定的误差来确定所述DCD的线性误差。
文档编号H03M1/10GK102326333SQ201080008588
公开日2012年1月18日 申请日期2010年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者M·克劳斯, S·科布伦斯基 申请人:核心微电子德累斯顿股份公司