[发明专利]具有优化的运动电容的压电生成器

说明书

技术领域

本发明涉及压电晶体谐振器并且更具体地涉及最经常用于制造频率发生器的小尺寸谐振器，尤其是用在例如钟表学、信息技术、电信以及医疗领域的多种领域中的便携式电子设备。 

背景技术

该类小尺寸谐振器已经在现有技术文件US4,384,232中公开，其通过引用并入这里。该文件公开了一种由基体和从基体延伸出的两个振动臂形成的音叉谐振器。每个臂承载镀金属部分，该镀金属部分形成主相对表面上的中心电极和沿每个臂侧面的侧电极。一个臂的中心电极连接到另一个臂的侧电极并连接到电源的一个端子。另一中心电极和侧电极以相同的方式连接到电源的另一个端子。向电极施加电场以便臂以需要的基本频率振动。 

在每个臂中提供凹槽。在具有臂厚度的凹槽中设置中心电极增加了压电耦合。在同样的尺寸下，耦合的增加使给定的谐振器品质因数的等效阻抗降低并且其消耗功率相应的降低。该效果可以被模拟为是由于表示在等效常规谐振器电路中的损耗的串联阻抗的减少。相反，对于相同的所需的等效阻抗，该设置可以减小谐振器尺寸。 

使这些凹槽尽可能深是有利的，如果谐振器保持良好的机械阻力的话。在凹槽和臂的侧边缘之间设置的区域必须保持足够的刚性，并且还需维持以足够刚性的方式连接到臂的中心部分上以能够使整个音叉振动。 

由于使用这些凹槽，对于相同的给定频率以及相同的给定等效阻抗，可获得较高的小型化程度。然而，在特定尺寸以下，弹性活性(active)压电材料体积的减小与品质因数降低有关，这导致等效阻抗的不希望的增加。 

发明内容

因此本发明的目的是提供一种压电晶体谐振器，其能在不导致等效阻抗额外增加的情况下尽可能小型化。 

而且，上述类型的压电晶体谐振器具有运动电容(motional capacitances)，该 运动电容被定义为对于每个共振模式、即基本频率共振模式以及谐波频率共振模式并且更具体地对于第一部分频率共振模式与整体压力成比例。因此本发明的另一目的是提供一种压电晶体谐振器，其对于基本频率具有最大运动电容，对于泛音频率具有最小运动电容，该泛音频率是由振荡器电路随机启动的频率。 

发明内容

本发明通过提供根据所附的权利要求1的压电音叉谐振器而实现所述目标。 

应理解的是权利要求1的前序部分描述的压电音叉谐振器特别地对于称为基本频率的第一频率具有第一运动电容，以及对于称为泛音频率(partialfrequency)的第二频率具有第二运动电容。还应理解形成本发明主题的特征有利地使谐振器的所述第一运动电容对于基本频率是增加的，并且使所述第二运动电容对于泛音频率是降低的。它们还确保机械应力沿着振动臂更好的分布并且增加耐震强度。 

特别地，应理解根据本发明，形成振动臂的质量分布相当不同于现有技术。实际上，本发明使振动臂具有楔形并且以称为鳍(flipper)的扩大部分结束。该质量分布的一个优点在于尽可能升高了品质因数。特别地，鳍的效果降低了给定臂长度下的频率，并且由此允许频率调节到需要的值。 

与鳍的出现相关的另一优点是在泛音频率模式中不促进共振。实际上，鳍的效果是用泛音频率模式与关于臂的对称轴扭转的扭转模式耦合。其效果是降低该模式的实际运动电容。 

凹槽的出现导致了对于给定谐振器品质因数的等效阻抗的降低。但是，实质上凹槽在品质因数上仅具有次要的效果。 

还应理解，根据本发明，凹槽沿臂延伸到超过与鳍的开始端重合的放大点。实际上，如果发生振动，与鳍的开始端重合的放大点形成最大应力区域。在这些情况下，由于本发明的特点，如果发生振动，凹槽的易碎端离最大应力区域有特定的距离。而且，通过更好地分布与振动相关联的应力以及与鳍的质量相关的应力，凹槽延伸出鳍的开始端的情况使谐振器的运动电容增加。 

根据本发明的优选实施例，凹槽开始于臂的锚定区域(anchorage zone)前的基体4阱中。 

而且，根据本发明的另一优选实施例，基体(base)的长度包括在振动臂 的平均宽度的4.5和6.5倍之间。通过申请人实施的检测，实际上已经证实不能观察到该比率可能导致组件敏感度效应以及等效频率和/或阻抗的不稳定性。实际上，即使在极端小型化的情况下，还需要提供尺寸取决于固定工艺的连接表面。还需要保证谐振器的固定区域和弹性活动区域之间的最小距离，以使得最有效的机械非耦合成为可能。 

优选地，基体长度近似等于振动臂平均宽度的6倍。