[发明专利]MEMS振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS振荡器，例如用于产生时钟信号或基准频率信号。

背景技术

诸如标签、银行卡或ID卡之类的扁平物体内部的电子组件需要典型小于0.5mm的较低外廓。预计对于这些扁平物体中的驻留物，需要扁平、低成本、低功率的实时时钟(RTC)和频率基准振荡器(RFO)，用于电子安全、制药和食品工业的未来应用。振荡器包括连接在闭合反馈环中的谐振器和反馈放大器电路。现有技术的RTC使用具有较高外廓的石英晶体谐振器，典型地超出了将其合并到例如卡、标签和纸板之类的扁平产品中所必需的容许亚mm级规格。主要原因在于用于密封石英晶体的封装技术不利于最小化。

此外，不能容易地将石英谐振器集成到硅芯片上。因此，不能在单个芯片上实现包括晶体和放大器的完整振荡器的集成，这进一步妨碍了RTC和RFO的小型化。相反，可以使用表面微切削加工技术来加工和封装MEMS谐振器，并且能够将其与放大器电路相集成以形成非常小形状因子(form-factor)的振荡器。

表面微切削加工是一种技术，使用薄膜沉积和蚀刻技术在基板的顶部制造独立和可移动的结构。按照这种方式，能够在例如硅晶片的顶部加工谐振器及其封装。封装的谐振器仅具有数个薄膜测量的高度，整个厚度约10μm。此外，表面微切削加工能够将数千个封装的谐振器限定在单个晶片上，无需使用昂贵的组装步骤。当单个器件占据的面积减少时，与微切削加工相关的生产成本随之下降。按照这种方式，谐振器的微型化也具有成本优势。对于石英谐振器，由于使用组装之类的生产工艺，当谐振器的尺寸减小时，生产成本增高。

因此，基于MEMS谐振器的振荡器允许较低的外廓和较低成本的时钟和振荡器。然而，不能根据需要消耗很少的功率。压阻MEMS谐振器需要用于电极的体DC偏置电流和DC极化电压。压阻谐振器的本体被馈入DC电流。通过向所附但绝缘的电极(“门”)施加AC信号，调制了本体的电阻系数，因此产生信号电压。这出现在较窄的频率区域用于适当操作。

物理布局导致的寄生电容引起了贯穿结构的不希望的导通路径，例如，从驱动电极到感测电极的馈通路径。这些限制了振荡器的性能并增大了功耗。

低功耗和高性能通常是一对矛盾的需求：为了获得超过由固有电容馈通路径引起的信号转移的幅度选择性，需要更大的偏置和/或极化。这增大了功耗。如果能够消除或至少减少电容馈通路径，能够降低功耗和/或增大幅度选择性。

WO2008/149298公开了一种使用MEMS谐振器的压力计。

发明内容

根据本发明，提供了一种如权利要求1所述的压阻MEMS振荡器。

该振荡器设计使用施加或测量的信号以提供对于谐振器中寄生电容效应的偏移。具体地，平衡了两个驱动电极和感测电极之间的电容引起的电压耦合。这种平衡意味着至少部分地彼此抵消了流过这些寄生电容的馈通电流。

本发明通常可以应用于压阻振荡器。在一个示例中，振荡器本体包括伸长结构，所述伸长结构具有在第一和第二末端区域之间的一对平行连接臂，其中所述连接臂各具有锚定点；

第一和第二驱动电极与第一和第二末端区域分别相邻，用于提供致动信号；

提供了第二感测电极，所述第一和第二感测电极分别与第一和第二连接臂的锚定点相连。

这定义了一种双臂狗骨头状谐振器。

在另一个示例中，所述振荡器包括：环形物，所述环形物具有在锚定点之间的所述环形物的内部部分和/或外部部分处限定的至少两个压阻部分，感测电极与每一个锚定点相连，其中至少第一和第二驱动电极与所述环形物的内轮缘(rim)和/或外轮缘相邻，用于提供致动信号；以及至少一个锚定点配置有与其相连的感测电极。

该环形物可以具有至少两个压阻部分，所述压阻部分具有与每一个锚定点相连的感测电极，其中至少第一和第二驱动电极与所述压阻部分相邻，用于提供致动信号。可以提供四个锚定点，每一个锚定点具有与其相连的感测电极。

在一个示例中，所述控制电路适用于向驱动电极施加相等幅度且相反极性的电压。这些相反的电压从而导致在锚定位置处抵消的电压偏移。

所述控制电路可以适用于向驱动电极施加相反极性的电压，相对于相应驱动电极和感测电极之间的电容进行幅度加权。即使寄生电容具有不同的量，这也提供了一种偏移寄生电容效应的方式。

所述控制电路可以适用于提供通过压阻弹簧构件的DC电流(这可以通过向感测电极施加电压或者使用电流源在感测电极之间提供电流来实现)，并且适用于测量感测电极处的信号(取决于所施加的驱动信号，所测量的信号可以是电压或电流)。