用于高歐姆電路的系統和方法與流程

本公開總體上涉及電路，并且在特定實施例中涉及用于高歐姆電路的系統和方法。

背景技術：

換能器將信號從一個域轉換到另一個域，并且經常用于在傳感器中。用作在日常生活中看到的傳感器的常見的換能器是麥克風，其本質上是將聲波轉換為電信號的音頻信號換能器。

構造麥克風的一種方式是通過使用基于微機電系統(mems)的傳感器，其通過響應于機械運動測量電參數的變化來收集來自環境的信息。例如，mems麥克風可以具有可移動膜片，可移動膜片具有隨物理偏轉而變化的電容。附接到mems的電子設備然后處理從傳感器導出的信號信息。可以使用與用于集成電路的微加工制造技術類似的微加工制造技術來制造mems器件。

音頻麥克風通常用于各種消費者應用，諸如蜂窩電話、數字音頻記錄器、個人計算機和電話會議系統。在mems麥克風中，壓敏膜片直接設置在集成電路上。因此，麥克風被包含在單個集成電路上，而不是由單獨的分立部件來制造。

mems器件可以被形成為振蕩器、諧振器、加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、麥克風、微型揚聲器、微反射鏡和其他設備，并且經常使用電容性感測技術來測量所測量的物理現象。在這樣的應用中，使用接口電路將電容性傳感器的電容變化轉換為可用的電壓或電流。為了操作這樣的電容性傳感器，接口電路可以包括偏置元件(諸如電荷泵)和感測元件(諸如電阻器、電容器和放大器)。接口電路的設計和制造向電容性傳感器行為引入了很多特性。

技術實現要素：

一種高歐姆電路，包括并聯耦合在第一節點與第二節點之間的多個高歐姆支路。多個高歐姆支路中的每個高歐姆支路包括第一多個串聯連接的電阻性元件，第一多個串聯連接的電阻性元件形成從第一節點到第二節點的第一串聯路徑，第一多個串聯連接的電阻性元件中的每個電阻性元件包括第一二極管連接的晶體管。多個高歐姆支路中的每個高歐姆支路還包括第二多個串聯連接的電阻性元件，第二多個串聯連接的電阻性元件形成從第一節點到第二節點的第二串聯路徑，第二多個串聯連接的電阻性元件中的每個電阻性元件包括第二二極管連接的晶體管。高歐姆電路還包括多個開關，每個開關耦合在多個高歐姆支路中的對應的高歐姆支路與第二節點之間。

附圖說明

為了更加完整地理解本公開及其優點，現在參考結合附圖進行的以下描述，在附圖中：

圖1a、1b和1c示出了實施例mems傳感器系統的示意性框圖；

圖1d示出了實施例處理系統的示意性框圖；

圖2a和2b示出了實施例高歐姆電路的示意性框圖；

圖3a和3b示出了實施例高歐姆電路的高歐姆支路；

圖4a、4b、4c和4d示出了實施例高歐姆電路的負信號支路；

圖5a和5b示出了實施例高歐姆電路的低阻抗支路；

圖6示出了用于確定工藝拐點的實施例參考電路；

圖7示出了實施例mems傳感器系統的噪聲功率譜密度相對于頻率對數的曲線圖；

圖8示出了用于確定工藝拐點的實施例方法的流程圖；

圖9示出了用于對高歐姆電路進行編程的實施例方法的流程圖；以及

圖10示出了用于操作高歐姆電路的實施例方法的流程圖。

除非另有說明，否則不同附圖中的對應的數字和符號通常指代對應的部分。繪制附圖以清楚地示出實施例的相關方面，并且不一定按比例繪制。

具體實施方式

下面詳細討論各種實施例的做出和使用。然而，應當理解，本文中所描述的各種實施例可應用于各種各樣的具體上下文中。所討論的具體實施例僅僅說明了做出和使用各種實施例的具體方式，而不應當在有限的范圍內來理解。

在特定上下文中關于各種實施例(即，麥克風換能器，并且更具體地是mems麥克風)進行描述。本文中所描述的各種實施例中的一些包括mems換能器系統、mems麥克風系統、用于mems換能器系統的接口電路、包括偏置元件的接口電路、以及高歐姆電路。在其它實施例中，各種實施例的各方面還可以應用于根據本領域已知的任何方式涉及任何類型的換能器或接口電路的其它應用。例如，諸如本文中所描述的高歐姆電路可以用于為放大器提供高歐姆反饋。

通常包括接口電路以便偏置處理或感測電路的元件并且為來自處理或感測電路的信息提供讀出功能。具體地，電容性感測電路通常包括用于電容性元件的偏置和感測值的讀出的電路。根據各種實施例，電容性傳感器并且特別是mems電容性傳感器(具體包括mems電容性麥克風)包括具有放大器或緩沖器電路、偏置電壓發生器(諸如電荷泵)和高歐姆電路的偏置電路。在各種這樣的實施例系統中，元件可以在集成電路系統中產生。例如，mems電容性傳感器(諸如mems電容性麥克風)可以形成在第一集成電路(ic)管芯上，并且包括高歐姆電路和偏置電壓發生器的接口電路可以形成在第二ic管芯上。在另一示例實施例中，mems電容性傳感器和接口電路形成在單片ic上。在這樣的兩個實施例中，高歐姆電路由集成元件形成，并且不是分立電阻器。此外，在一些實施例中，高歐姆電路可以具有數量級為千兆歐默(gω)或甚至高達兆兆歐姆(tω)的電阻值。具體地，對于mems電容性麥克風，高歐姆電路可以具有范圍從100gω到100tω的電阻值。

根據本文中所描述的各種實施例，高歐姆電路包括形成在半導體襯底中的多個集成器件，諸如二極管結構、二極管連接的晶體管等。多個器件串聯連接在第一電阻器節點與第二電阻器節點之間，以形成高歐姆電阻器的一個或多個高歐姆支路。一個或多個高歐姆支路并聯連接在第一電阻器節點與第二電阻器節點之間，以形成高歐姆電阻器。在一些實施例中，高歐姆電阻器還包括耦合在第一電阻器節點與第二電阻器節點之間的低阻抗支路。一個或多個高歐姆支路被配置成，取決于mems傳感器的設計要求、用于形成一個或多個高歐姆支路的二極管連接的晶體管的工藝拐點以及溫度，而接通或斷開。因此，可以通過適當地編程高歐姆電阻器來獲得期望的電阻值。下文中進一步描述各種實施例、系統、應用、實現和模型，以便說明各種實施例中的一些。

圖1a示出了實施例mems傳感器系統100a的示意性框圖，mems傳感器系統100a包括mems傳感器101、接口電路103和偏置源105。根據各種實施例，mems傳感器101通過偏置電壓vbias被偏置，接收物理信號107，并且生成感測信號sense。在一些實施例中，mems傳感器101可以是mems電容性傳感器，諸如mems電容性麥克風，并且可以包括具有可變電容的電容器111。在備選實施例中，mems傳感器101是任何類型的電容性電路。在各種實施例中，接口電路103從mems傳感器101接收感測信號sense，并且生成輸出信號109。在這樣的實施例中，感測信號sense可以是模擬或連續時間信號、或者通過mems傳感器101中的換能機制生成的離散信號。具體地，例如可以是壓力或聲波的物理信號107在mems傳感器101中產生電容111的對應變化，諸如通過一個或多個電容性電極的偏轉，其產生mems傳感器101的電流或電壓信號輸出作為感測信號sense。

接口電路103接收感測信號sense，諸如電壓vin，并且緩沖或放大該信號。在一些實施例中，接口電路103可以包括耦合至電壓源113和放大器117的高歐姆電路115。電壓源113向高歐姆電路115的參考節點t2提供參考電壓vref，而mems傳感器101將電壓vin提供給輸入節點t1。高歐姆電路115維持mems傳感器101上的恒定的電荷電平(諸如mems傳感器101的電容器111上的電荷電平)，而放大器117接收換能信號，諸如電壓vin。在一些實施例中，放大器117作為緩沖器操作并且不提供放大，即具有增益1。在其他實施例中，放大器117提供放大。在各種實施例中，高歐姆電路115提供到接地節點gnd的高電阻路徑，以便去除連接至放大器117的輸入的高阻抗節點的電荷變化。在一些實施例中，放大器117是單輸入單輸出放大器。

如下面更詳細地描述的，在一些實施例中，高歐姆電路115可以使用二極管結構來實現，諸如二極管連接的晶體管。此外，通過考慮溫度和工藝變化以及mems傳感器101的特性，可以將高歐姆電路115編程為用作具有期望電阻的高歐姆電阻器。在這樣的實施例中，接口電路103可以還包括與高歐姆電路115相鄰形成的溫度傳感器119和參考電路123、以及耦合至高歐姆電路115、溫度傳感器119和參考電路123的編程接口121。溫度傳感器119可以是帶隙溫度傳感器等。編程接口121可以是i²c接口等。如下面更詳細地描述的，參考電路123可以包括被測試以確定高歐姆電路115的工藝拐點的一個或多個參考二極管連接的晶體管。一個或多個參考二極管連接的晶體管可以具有與高歐姆電路115的二極管連接的晶體管類似的結構。接口電路103還可以包括耦合至編程接口121并且被配置成存儲高歐姆電路115的工藝拐點信息的非易失性存儲器(nvm)125。在一些實施例中，nvm125可以包括一次性可編程存儲器、閃存等。

mems傳感器系統100a還可以包括通過編程接口121耦合至接口電路103的處理系統127。在一些實施例中，基于溫度和工藝變化，處理系統127生成控制信號并且通過編程接口121將其發送到高歐姆電路115。基于控制信號，高歐姆電路115被編程為具有期望的電阻值。

在所示實施例中，mems傳感器101和接口電路103形成在兩個單獨的半導體管芯上，而偏置源105是外部偏置源。特別地，mems傳感器101形成在諸如mems管芯等第一管芯上，并且接口電路103形成在諸如專用集成電路(asic)管芯等第二管芯上。在這樣的實施例中，第一管芯和第二管芯可以諸如通過倒裝芯片接合而接合在一起。在其他實施例中，mems傳感器101可以形成為mems管芯，并且偏置源105可以被包括在形成在asic管芯上的接口電路103中。在其他實施例中，mems傳感器101、接口電路103和偏置源105可以單片集成在單個半導體管芯中。因此，在各種實施例中，mems傳感器101、接口電路103和偏置源105可以包括與半導體制造技術兼容的元件。

圖1b示出了實施例mems傳感器系統100b的示意性框圖。mems傳感器系統100b包括與參考mems傳感器系統100a(參見圖1a)所描述的類似的元件。對通用編號元件的描述適用于通用編號元件的所有實例，并且為了簡潔起見將不再重復。在所示的實施例中，偏置源105被包括在接口電路103中。

圖1c示出了實施例mems傳感器系統100c的示意性框圖。mems傳感器系統100c包括與參考mems傳感器系統100a(參見圖1a)所描述的類似的元件。對通用編號元件的描述適用于通用編號元件的所有實例，并且為了簡潔起見將不再重復。在所示實施例中，偏置源105被包括在接口電路103中。在一些實施例中，接口電路103還可以包括耦合在mems傳感器101與偏置源105之間的高歐姆電路149，其中歐姆電路149連接至編程接口121。在一些實施例中，高歐姆電路149類似于高歐姆電路115，并且可以使用與高歐姆電路115類似的方法來編程。

圖1d示出了處理系統127的示意性框圖。處理系統127可以包括例如被配置成執行本文中所描述的方法步驟的中央處理單元(cpu)129、存儲器131和連接至總線135的大容量存儲設備133。在一些實施例中，可以從接口電路103中排除nvm125，并且大容量存儲設備133可以替代地被配置成存儲高歐姆電路115的工藝拐點信息。如果需要，處理系統127還可以包括用于提供到本地顯示器139和輸入輸出(i/o)適配器141的連接的視頻適配器137，以向一個或多個輸入/輸出設備143提供輸入/輸出接口，諸如鼠標、打印機、磁帶驅動器、cd驅動器等。

處理系統127還可以包括網絡接口145，網絡接口145可以使用網絡適配器來實現，網絡適配器被配置成耦合至有線鏈路(諸如以太網電纜、usb接口等)和/或無線/蜂窩鏈路用于與網絡147通信。網絡接口145還可以包括用于無線通信的合適的接收器和發射器。應當注意，處理系統127可以包括其他部件。例如，處理系統127可以包括電源、電纜、母板、可移除存儲介質、殼體等。盡管未示出，但是這些其他部件被認為是處理系統127的一部分。

圖2a和2b分別示出了可以實現為mems傳感器系統100a、100b和100c的高歐姆電路115(分別參見圖1a、1b和1c)或者被實現為mems傳感器系統100c的高歐姆電路149(參見圖1c)的實施例高歐姆電路200a和200b的示意性框圖。參考圖2a，高歐姆電路200a包括并聯連接在輸入節點t1與參考節點t2之間的高歐姆支路2031至203n。在一些實施例中，高歐姆支路2031至203n的數目n可以在1到7之間。如下面更詳細地描述的，高歐姆支路2031至203n可以實現為包括二極管、二極管連接的晶體管等的電路。在一些實施例中，高歐姆支路2031至203n可以實現為類似或相同的電路。在這樣的實施例中，高歐姆支路2031至203n可能由于工藝變化而不具有相似的電阻。在其他實施例中，高歐姆支路2031至203n可以實現為不同的電路。高歐姆電路200a還可以包括耦合在相應的高歐姆支路2031至203n與參考節點t2之間的開關2051至205n。如下面更詳細地描述的，開關2051至205n用于對高歐姆電路200a編程，使得高歐姆電路200a的電阻被設置為期望值。通過接通或斷開期望的開關2051至205n來實現這樣的編程。在一些實施例中，可以接通或斷開任何數目的開關2051至205n。開關2051至205n的具體配置取決于mems傳感器101的設計規范、工藝拐點和溫度。通過考慮mems傳感器101的設計規范、工藝拐點和溫度，可以將高歐姆電路200a編程為期望的電阻值。在一些實施例中，高歐姆電路200a的電阻的可調性允許補償mems傳感器101的工藝變化。例如，可以通過減小高歐姆電路200a的電阻來補償具有高泄漏的mems傳感器101。

在一些實施例中，高歐姆電路200a的電阻可以很高，使得mems傳感器101(參見圖1a)的啟動時間可能不滿足期望的規范。例如，mems傳感器101的電容器111的充電時間可能高于期望值。在一些實施例中，高歐姆電路200a還可以包括低阻抗支路201。低阻抗支路201耦合在輸入節點t1與參考節點t2之間，并且與高歐姆支路2031至203n并聯。在一些實施例中，可以向低阻抗支路201提供使能信號venable以激活或去激活低阻抗支路201。例如通過合適的參考電壓源來將使能信號venable提供給低阻抗支路201。

在一些實施例中，在啟動期間，低阻抗支路201被激活以用作低阻抗電路。因此，高歐姆電路200a可以具有低阻抗，使得mems傳感器101的啟動時間滿足設計規范。在啟動狀態下，高歐姆電路200a的電阻可以在約1千歐(kω)到約1兆歐(mω)之間。在感測狀態期間，低阻抗支路201被去激活以用作高歐姆電阻器。因此，高歐姆電路200a可以用作高歐姆電阻器。在感測狀態下，高歐姆電路200a的電阻可以在約100mω到約100tω之間。在所示的實施例中，由于高歐姆支路2031至203n并聯連接，所以輸入節點t1具有為cpar的n倍的寄生電容207，其中cpar是高歐姆支路2031至203n之一的寄生電容。

圖2b示出了實施例高歐姆電路200b的示意性框圖，高歐姆電路200b可以實現為mems傳感器系統100a、100b和100c的高歐姆電路115(分別參見圖1a、1b和1c)或者實現為mems傳感器系統100c的高歐姆電路149(參見圖1c)。高歐姆電路200b包括與參考高歐姆電路200a(參見圖2a)所描述的類似的元件。對通用編號元件的描述適用于通用編號元件的所有實例，并且為了簡潔起見將不再重復。在一些實施例中，高歐姆電路200b包括并聯連接在節點t3與參考節點t2之間的高歐姆支路2031至203n。開關2051至205n耦合在相應的高歐姆支路2031至203n與參考節點t2之間。高歐姆電路200b還包括耦合在輸入節點t1與節點t3之間的低寄生支路209、以及耦合在輸入節點t1與參考節點t2之間的低阻抗支路201。在一些實施例中，低寄生支路209可以使用與低阻抗支路201或高歐姆支路2031至203n類似的電路元件來實現。在一些實施例中，類似于高歐姆支路2031至203n的電路可以實現為低寄生支路209。由于高歐姆支路2031至203n并聯連接，所以輸入節點t3具有為cpar的n倍的寄生電容207，其中cpar是高歐姆支路2031至203n之一的寄生電容。通過在輸入節點t1與節點t3之間耦合低寄生支路209，可以將輸入節點t1處的寄生電容211設置為cpar2，其中cpar2是低寄生支路209的寄生電容。在其中類似于高歐姆支路2031至203n的電路被實現為低寄生支路209的一些實施例中，cpar2等于cpar，并且輸入節點t1處的寄生電容與節點t3處的寄生電容相比減小n倍。

圖3a和3b分別示出了可以實現為圖2a和2b所示的高歐姆支路2031至203n的實施例高歐姆支路300a和300b。參考圖3a，高歐姆支路300a包括并聯連接在輸入節點t1與參考節點t2之間的正信號支路301p和負信號支路301n。正信號支路301p包括串聯耦合在輸入節點t1與參考節點t2之間的一個或多個電阻性元件303p，負信號支路301n包括串聯耦合在輸入節點t1與參考節點t2之間的一個或多個電阻性元件303n。在一些實施例中，每個電阻性元件303p可以實現為二極管配置的晶體管305，其中晶體管305的柵極、源極和本體耦合至公共節點。二極管連接的晶體管305在從輸入節點t1到參考節點t2的正向方向上被耦合。在一些實施例中，每個電阻性元件303n可以實現為二極管配置的晶體管307，其中晶體管307的柵極和漏極耦合至第一公共節點，并且晶體管307的本體和源極耦合至第二公共節點。二極管連接的晶體管307在從參考節點t2到輸入節點t1的正向方向上被耦合。在所示實施例中，晶體管305和307是具有類似結構(諸如柵極寬度和長度)的pmos晶體管。在其他實施例中，電阻性元件303p和303n可以使用nmos晶體管或其他合適的晶體管來實現。

參考圖3b，高歐姆支路300b包括并聯連接在輸入節點t1與參考節點t2之間的正信號支路309p和負信號支路309n。正信號支路309p包括串聯耦合在輸入節點t1與參考節點t2之間的一個或多個電阻性元件311p，負信號支路309n包括串聯耦合在輸入節點t1與參考節點t2之間的一個或多個電阻性元件311n。在一些實施例中，每個電阻性元件303p可以實現為以按二極管配置被耦合的晶體管313和315。晶體管313的源極和晶體管315的漏極耦合至第一公共節點。晶體管313和315的柵極、晶體管313和315的本體、以及晶體管315的源極耦合至第二公共節點。二極管連接的晶體管313和315在從輸入節點t1到參考節點t2的正向方向上被耦合。在一些實施例中，每個電阻性元件311n可以實現為二極管配置的晶體管317和319。晶體管317的源極和晶體管319的漏極耦合至第一公共節點。晶體管313和315的柵極以及晶體管317的漏極耦合至第二公共節點。晶體管313和315的本體、以及晶體管319的源極耦合至第三公共節點。二極管連接的晶體管317和319在從參考節點t2到輸入節點t1的正向方向上被耦合。在所示實施例中，晶體管313、315、317和319是具有類似結構(諸如柵極寬度和長度)的pmos晶體管。在其他實施例中，電阻性元件311p和311n可以使用nmos晶體管或其他合適的晶體管來實現。

使用多個電阻性元件來形成高歐姆支路(高歐姆支路300a和300b)允許在輸入節點t1處的高電壓擺動。在其中mems傳感器101(參見圖1a)是麥克風的一些實施例中，可以感測具有大于約130dbspl的聲壓級的聲波。例如，在約140dbspl的聲壓級處，mems傳感器101在輸入節點t1處提供約3.67v的輸入電壓vin。在一些實施例中，高歐姆支路300a和300b不僅允許在輸入節點t1處的增加的輸入信號擺動，而且還可以用于輸入信號vin的有目的的限幅，以避免放大器和模數轉換器(adc)過載。通過在模擬狀態下限幅輸入信號vin，可以提高麥克風的總諧波失真(thd)。

進一步參考圖3a和3b，電阻性元件303p、303n、311p和311n使用一個或兩個晶體管來實現。在其他實施例中，可以使用多于兩個晶體管來實現電阻性元件。使用多個晶體管來形成電阻性元件允許進一步調整高歐姆支路300a和300b的阻抗和電壓限幅電平并且因此進一步調整高歐姆電路的阻抗和電壓限幅電平。在一些實施例中，可以通過調整晶體管305、307、313、315、317和319的結構尺寸來調整電阻性元件303p、303n、311p和311n的阻抗。

如下面更詳細地描述的，在一些實施例中，可以擴展輸入節點t1處的輸入信號擺動。下面參考負輸入信號擺動來描述這一概念。類似的概念也可以應用于正輸入信號擺動。圖4a示出了高歐姆支路300a的負信號支路301n，其中晶體管307的n阱/體襯底寄生二極管401最接近于明確示出的輸入節點t1。在所示實施例中，輸入節點t1處的負輸入信號擺動由vpn+vgs限制，其中vpn是寄生二極管401上的電壓，vgs是二極管連接的晶體管307上的電壓。在一些實施例中，可以通過耦合晶體管307的本體來擴展負輸入信號擺動。這樣的實施例負信號支路400a在圖4b中示出，其中最接近輸入節點t1的兩個晶體管307的本體被耦合。在一些實施例中，可以可選地耦合多于兩個晶體管307的本體，如圖4b中的虛線所示。在所示實施例中，輸入節點t1處的負輸入信號擺動由vpn+2·vgs限制。在一些實施例中，也可以通過在最靠近輸入節點t1的相鄰的晶體管307之間耦合附加的晶體管來擴展負輸入信號擺動。這樣的實施例負信號支路400b在圖4c中示出，其中晶體管403耦合在最靠近輸入節點t1的相鄰的晶體管307之間。在所示實施例中，輸入節點t1處的負輸入信號擺動由vpn+2·vgs限制。

除了提供擴展的輸入信號電平之外，高歐姆支路300a和300b還可以通過二極管連接的晶體管的寄生結和阱來提供esd保護。例如，圖4d示出了負信號支路400b，其中明確地示出了n阱/體襯底寄生二極管401和p+/n阱寄生二極管405。在esd事件期間，放電電流流過寄生二極管405和二極管連接的晶體管403，二極管連接的晶體管403用作高歐姆電阻器407。

圖5a和5b分別示出了實施例低阻抗支路500a和500b，其可以實現為圖2a和2b所示的低阻抗支路201。參考圖5a，低阻抗支路500a包括串聯耦合在輸入節點t1與參考節點t2之間的晶體管501和503。晶體管501的漏極耦合至輸入節點t1。晶體管501的本體和源極以及晶體管503的漏極耦合至公共節點。晶體管503的源極耦合至參考節點t2。在一些實施例中，晶體管501和503的柵極可以耦合至一個或多個電壓源(諸如電荷泵)或者接地，以向晶體管501的柵極提供電壓vp并且向晶體管503的柵極提供電壓vn。在所示實施例中，晶體管501是pmos晶體管，晶體管503是nmos晶體管。在其他實施例中，晶體管501和503可以使用任何合適的晶體管來實現。

在一些實施例中，在感測狀態期間，提供給晶體管501的柵極的電壓vp是正電壓，而晶體管503的柵極耦合至接地。在其他實施例中，提供給晶體管503的柵極的電壓vn是負電壓。在感測狀態下，晶體管501和503被斷開，并且低阻抗支路500a用作高歐姆電阻器。在啟動狀態期間，提供給晶體管501的柵極的電壓vp是負電壓，并且提供給晶體管503的柵極的電壓vn是正電壓。在啟動模式下，晶體管501和503接通，低阻抗支路500a用作低歐姆/低阻抗電阻器。在一些實施例中，低阻抗支路500a可以在輸入節點t1處提供esd保護。通過晶體管501的寄生結和阱來提供esd保護。在所示實施例中，esd放電通過晶體管501的p+/n-阱寄生二極管(未明確示出)來發生。

參考圖5b，低阻抗支路500b包括串聯耦合在輸入節點t1與參考節點t2之間的晶體管505和507。晶體管505的漏極和本體耦合至輸入節點t1。晶體管505的源極耦合至晶體管507的漏極。晶體管507的源極耦合至參考節點t2。在一些實施例中，晶體管505和507的柵極可以耦合至一個或多個電壓源，諸如電荷泵或接地，以向晶體管505的柵極提供電壓vp并且向晶體管507的柵極提供電壓vn。在所示實施例中，晶體管505是pmos晶體管，晶體管507是nmos晶體管。在其他實施例中，晶體管505和507可以使用任何合適的晶體管來實現。

在一些實施例中，可以使用與上面參考低阻抗支路500a所描述的類似方法來將低阻抗支路500b設置為感測模式和啟動模式，并且為了簡潔起見將不再重復。在一些實施例中，低阻抗支路500b可以在輸入節點t1處提供esd保護。通過晶體管505的寄生結和阱來提供esd保護。在所示實施例中，esd放電通過晶體管505的n阱/體襯底寄生二極管(未明確示出)來發生。

圖6示出了實施例參考電路600，其可以被實施為用于確定工藝拐點的參考電路123(參見圖1a、1b和1c)。在一些實施例中，當在晶片上制造高歐姆電路(例如，圖2a和2b所示的高歐姆電路200a和200b)時，可以在晶片上與高歐姆電路相鄰地形成參考二極管連接的晶體管601。在所示的實施例中，參考二極管連接的晶體管601形成為在結構上與高歐姆電路的二極管連接的晶體管相同。使用來自電流源603的已知電流來偏置參考二極管連接的晶體管601，并且通過測試總線605或adc607來測量參考二極管連接的晶體管601上的電壓vreplica。在其他實施例中，參考二極管連接的晶體管601可以是高歐姆電路的二極管連接的晶體管的縮放版本，其中由電流源來提供電流的對應增加或減少。此外，模擬參考二極管連接的晶體管601以確定各種溫度和工藝拐點的電流/電壓特性。將測量電壓vreplica與模擬電壓vsim相比較以檢測晶片的工藝拐點。溫度和工藝拐點信息用于對高歐姆電路編程。

在一些實施例中，工藝拐點和溫度變化可能使mems傳感器系統(諸如分別在圖1a、1b和1c中示出的mems傳感器系統100a、100b和100c)的信噪比(snr)劣化。在其中mems傳感器系統的mems傳感器(諸如圖1a所示的mems傳感器101)是麥克風的一些實施例中，通過對高歐姆電路(諸如圖1a、1b和1c所示的高歐姆電路115)編程以增加高歐姆電路的電阻，可以減少或避免音頻帶寬內的snr劣化。圖7示出了實施例mems傳感器系統的噪聲功率譜密度相對于頻率對數的曲線圖。曲線701和703分別示出了對于高歐姆電路的不同電阻的噪聲功率譜密度sv,1和sv,2。在所示實施例中，曲線703對應于比曲線701更高的電阻，其中曲線701的rc極點705在比曲線703的rc極點707更高的頻率處發生。通過增加高歐姆電路的電阻，對于低頻，噪聲功率譜密度增加。然而，對于包括音頻頻帶(在約20hz到約20khz之間)的高頻，噪聲功率譜密度減小。通過適當地增加高歐姆電路的電阻，可以減少音頻頻帶中的積分噪聲。在所示實施例中，與曲線701相比，曲線703的高頻積分噪聲被減小了曲線701與703之間的陰影區域。

圖8示出了用于確定工藝拐點的實施例方法800的流程圖，其中結合圖1a、圖1d和圖6描述方法800的步驟。方法800開始于步驟801，在步驟801中，測量參考二極管連接的晶體管601上的電壓。在步驟803中，模擬參考二極管連接的晶體管601上的電壓。在一些實施例中，可以通過類似于圖1d所示的處理系統127的處理系統來執行模擬。在步驟805中，處理系統將測量電壓和模擬電壓相比較以確定工藝拐點。在一些實施例中，可以將關于工藝拐點的信息存儲在耦合的傳感器系統的非易失性存儲器(諸如圖1a所示的mems傳感器系統101a的nvm125)上。在其他實施例中，可以將關于工藝拐點的信息存儲在處理系統的大容量存儲設備(諸如圖1d所示的處理系統127的大容量存儲設備133)上。

圖9示出了用于對高歐姆電路進行編程的實施例方法900的流程圖，其中結合圖1a、圖1d、圖2a和圖2b描述方法900的步驟。方法900開始于步驟901，在步驟901中，溫度傳感器119測量高歐姆電路115的溫度。在步驟903a中，確定工藝拐點。在一些實施例中，使用類似于圖8所示的方法800的方法來確定工藝拐點。在其它實施例中，代替步驟903a，執行備選步驟903b。在步驟903b中，從接口電路103的nvm125讀取預先加載的工藝拐點信息。備選地，從處理系統127的大容量存儲設備133讀取預先加載的工藝拐點信息。在一些實施例中，可以跳過或省略步驟901，并且方法900可以開始于步驟903a或步驟903b。在其他實施例中，可以跳過或省略步驟903a或903b，并且步驟901可以繼續到步驟905。在步驟905中，處理系統127基于mems傳感器101的特性來確定高歐姆電路115的目標電阻。在步驟907中，處理系統127基于目標電阻、溫度和工藝拐點來生成控制信號。在步驟909中，將控制信號通過編程接口121傳輸給高歐姆電路115。在步驟911中，由高歐姆電路115接收控制信號。在步驟913中，基于控制信號，接通高歐姆電路200a或高歐姆電路200b的第一多個開關2051至205n，以接通高歐姆電路200a或歐姆電路200b的高歐姆支路2031至203n中的對應的高歐姆支路。此外，斷開高歐姆電路200a或高歐姆電路200b的第二多個開關2051至205n，以斷開高歐姆電路200a或高歐姆電路200b的高歐姆支路2031至203n中的對應的高歐姆支路。

圖10示出了用于操作高歐姆電路的實施例方法1000的流程圖，其中結合圖2a和圖2b描述了方法1000的步驟。方法1000開始于步驟1001，在步驟1001中，在啟動狀態期間，將高歐姆電路200a或高歐姆電路200b的低阻抗支路201的電阻設置為第一值。在步驟1003中，在感測狀態期間，將高歐姆電路200a或高歐姆電路200b的低阻抗支路201的電阻設置為大于第一值的第二值。在步驟1005中，將高歐姆電路200a或高歐姆電路200b的電阻設置為目標值。在一些實施例中，可以使用與圖9所示的方法900類似的方法來執行步驟1005。

本文中給出的各種實施例實現了具有可調電阻的可編程高歐姆電路。在一些實施例中，高歐姆電路允許在輸入節點處的高的負/正信號擺動。在一些實施例中，高歐姆電路具有與大輸入信號兼容的多個高歐姆支路和低阻抗支路。本文中所描述的各種方法允許補償溫度變化、工藝拐點變化和/或mems傳感器特性變化。此外，高歐姆電路的使用允許通過經由編程調整高歐姆電路的電阻來提高mems傳感器系統的信噪比(snr)。

在此總結了本發明的實施例。其他實施例也可以從本文中提交的說明書和權利要求的整體來理解。一個總體方面包括一種高歐姆電路，其包括：并聯耦合在第一節點與第二節點之間的多個高歐姆支路，多個高歐姆支路中的每個高歐姆支路包括：形成從第一節點到第二節點的第一串聯路徑的第一多個串聯連接的電阻性元件，第一多個串聯連接的電阻性元件中的每個電阻性元件包括第一二極管連接的晶體管；以及形成從第一節點到第二節點的第二串聯路徑的第二多個串聯連接的電阻性元件，第二多個串聯連接的電阻性元件中的每個電阻性元件包括第二二極管連接的晶體管；以及多個開關，每個開關耦合在多個高歐姆支路中的對應的高歐姆支路與第二節點之間。

實現可以包括以下特征中的一個或多個。高歐姆電路還包括耦合在第三節點與第二節點之間的低阻抗支路，低阻抗支路包括具有耦合至第三節點的漏極端子的第一晶體管以及具有耦合至第二節點的源極端子的第二晶體管，第一晶體管的源極端子耦合至第二晶體管的漏極。高歐姆電路還包括耦合在第三節點與第一節點之間的低寄生支路。在高歐姆電路中，第一晶體管是pmos晶體管，并且第二晶體管是nmos晶體管。在高歐姆電路中，pmos晶體管的本體端子耦合至pmos晶體管的源極端子。在高歐姆電路中，pmos晶體管的本體端子耦合至pmos晶體管的漏極端子。在高歐姆電路中，第一二極管連接的晶體管和第二二極管連接的晶體管是二極管連接的pmos晶體管。在高歐姆電路中，第一二極管連接的晶體管包括耦合至第一二極管節點的漏極端子以及耦合至第二二極管節點的源極端子、柵極端子和本體端子。在高歐姆電路中，第一多個串聯連接的電阻性元件中的每個電阻性元件還包括耦合至第一二極管連接的晶體管的附加的二極管連接的晶體管，附加的二極管連接的晶體管的源極端子耦合至第一二極管連接的晶體管的漏極端子，附加的二極管連接的晶體管的柵極端子耦合至第一二極管連接的晶體管的柵極端子，并且附加的二極管連接的晶體管的本體端子耦合至第一二極管連接的晶體管的本體端子。在高歐姆電路中，第二二極管連接的晶體管包括耦合至第一二極管節點的漏極端子和柵極端子以及耦合至第二二極管節點的源極端子和本體端子。在高歐姆電路中，第二多個串聯連接的電阻性元件中的每個電阻性元件還包括耦合至第二二極管連接的晶體管的附加的二極管連接的晶體管，附加的二極管連接的晶體管的源極端子耦合至第二二極管連接的晶體管的漏極端子，附加的二極管連接的晶體管的柵極端子耦合至第二二極管連接的晶體管的柵極端子，并且附加的二極管連接的晶體管的本體端子耦合至第二二極管連接的晶體管的本體端子。

另一總體方面包括一種感測電路，其包括：被配置成生成信號輸出電壓的電容性傳感器；耦合至電容性傳感器并且被配置成接收信號輸出電壓的放大器；以及耦合至電容性傳感器和放大器的高歐姆電路，高歐姆電路包括：耦合在第一節點與第二節點之間的高歐姆支路，高歐姆支路包括多個串聯連接的電阻性元件，多個串聯連接的電阻性元件中的每個電阻性元件包括至少一個二極管連接的晶體管；耦合在高歐姆支路與第二節點之間的第一開關；以及耦合至第二節點的低阻抗支路，低阻抗支路包括至少一個晶體管。

實現可以包括以下特征中的一個或多個。感測電路還包括偏置電壓電路，偏置電壓電路耦合至電容性傳感器并且被配置成生成偏置電壓并且向電容性傳感器提供偏置電壓。感測電路還包括耦合在偏置電壓電路與電容性傳感器之間的附加的高歐姆電路。在感測電路中，電容性傳感器包括微機電系統(mems)麥克風。在感測電路中，高歐姆電路從放大器的輸入耦合至參考節點。感測電路還包括耦合至高歐姆電路的編程接口。感測電路還包括耦合至編程接口的溫度傳感器，溫度傳感器被配置成測量高歐姆電路的溫度。感測電路還包括耦合至編程接口的參考電路，參考電路包括一個或多個參考二極管連接的晶體管，一個或多個參考二極管連接的晶體管類似于至少一個二極管連接的晶體管。感測電路還包括耦合至編程接口的非易失性存儲器。感測電路還包括耦合至編程接口的處理系統。感測電路還包括耦合至第一節點的低寄生支路。在感測電路中，至少一個二極管連接的晶體管的本體端子和柵極端子耦合至至少一個二極管連接的晶體管的源極端子。在感測電路中，至少一個二極管連接的晶體管的本體端子耦合至至少一個二極管連接的晶體管的源極端子，并且至少一個二極管連接的晶體管的柵極端子耦合至至少一個二極管連接的晶體管的漏極端子。感測電路還包括在第二節點處耦合至高歐姆支路的參考電壓源。

另一總體方面包括一種對耦合至電容性傳感器的高歐姆電路編程的方法，該方法包括：使用耦合至高歐姆電路的溫度傳感器來測量溫度；由高歐姆電路接收基于高歐姆電路的目標電阻、溫度和工藝拐點的控制信號；以及基于控制信號，接通高歐姆電路的第一多個高歐姆支路并且斷開高歐姆電路的第二多個高歐姆支路。

實現可以包括以下特征中的一個或多個。該方法還包括：由處理系統基于電容性傳感器的特性來確定高歐姆電路的目標電阻；由處理系統基于高歐姆電路的目標電阻、溫度和工藝拐點來生成控制信號；以及使用耦合在處理系統與高歐姆電路之間的編程接口來向高歐姆電路傳輸控制信號。該方法還包括確定高歐姆電路的工藝拐點。在該方法中，確定高歐姆電路的工藝拐點包括：測量參考二極管連接的晶體管上的測量電壓，參考二極管連接的晶體管類似于高歐姆電路的二極管連接的晶體管；由處理系統模擬參考二極管連接的晶體管上的模擬電壓；以及由處理系統將測量電壓與模擬電壓相比較以確定高歐姆電路的工藝拐點。在該方法中，接通第一多個高歐姆支路包括接通耦合至第一多個高歐姆支路的開關。在該方法中，斷開第二多個高歐姆支路包括斷開耦合至第二多個高歐姆支路的開關。

應當理解，本文中所提供的實施例方法的一個或多個步驟可以由相應的單元或模塊來執行。例如，信號可以由傳輸單元或傳輸模塊來傳輸。信號可以由接收單元或接收模塊來接收。信號可以由處理單元或處理模塊來處理。其它步驟可以由模擬單元/模塊、生成單元/模塊、確定單元/模塊、讀取單元/模塊、存儲單元/模塊、計算單元/模塊、比較單元/模塊、校正單元/模塊、和/或設置單元/模塊來執行。相應的單元/模塊可以是硬件、軟件或其組合。例如，一個或多個單元/模塊可以是集成電路，諸如現場可編程門陣列(fpga)或專用集成電路(asic)。

雖然已經參考示例性實施例描述了本公開，但是本描述不旨在以限制的意義來解釋。說明性實施例的各種修改和組合以及本公開的其他實施例對于本領域技術人員在參考該描述時將是顯而易見的。因此，所附權利要求旨在涵蓋任何這樣的修改或實施例。