[发明专利]用于微机电元件的数字控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微机电元件的数字控制的控制电路和一种用于控制微机电元件的方法。

背景技术

微机电系统（MEMS）目前在微系统技术中用作从控制信号到机械动作的变换器。在此，致动器起很大作用、尤其是微机电致动器。一个应用示例涉及微镜致动器（SLM，空间光调制器）的应用，借助于所述微镜致动器可以在微镜元件或者微镜阵列上通过转动、翻转和移动有针对性地偏转光束，例如激光束。

在此，致动器需要专门的且准确的控制信号，以便能够确保致动器的机械元件的无干扰的、可复现的且快速的运行。这对用于致动器运行的控制电路提出高要求，尤其因为在微机电部件的微型化范畴内必须使这种控制装置的空间需求保持得小，以便使用于制造的开销保持得少。

可以谐振地或准静态地运行微机电元件。谐振的运行方式要求在微机电元件的一个或多个模式上运行微机电元件。相反地，在准静态运行中在在谐振模式以外的频率区域中运行微机电元件。在此重要的是，在控制中尽可能没有控制信号的频率部分位于所述模式上，因为可能暂时不稳定地控制微机电元件。

微机电元件的控制方法通常应用线性驱动器或数字驱动器。线性驱动器可以嵌入到专用集成电路（ASIC）中。但所述专用集成电路在此需要用于构成组件——例如运算放大器、调节器、电压基准电路和电流基准电路、稳定电容以及类似部件的集成的相对较大的面积。此外，需要数字模拟转换器，这可以导致具有相对较高的能量需求的、复杂的且开销较高的总系统。

出版文献DE 10 2004 016 196 A1公开了一种用于控制机电系统的方法，其中使用线性驱动器电路和数字模拟转换器。

数字驱动器通常在结构方面简单、节省空间且抗干扰。其良好地适于应用在谐振运行中。相反，对于准静态运行中的应用，考虑可能具有谐振干扰模式的范围中的频率的干扰部分。因此，存在控制具有数字驱动器的微机电元件的需求，其考虑前面提到的方面。

发明内容

本发明所基于的构思在于，实现用于在准静态运行中控制微机电元件的方法和装置，借此可以尽可能无干扰地控制微机电元件并且其需要较少实现开销。

根据权利要求1的根据本发明的用于微机电元件的控制电路具有信号形状发生器，调制器和数字驱动器装置。信号形状发生器被设置用于生成用于微机电元件的数字控制信号。调制器被设置用于对数字控制信号进行过采样、使数字控制信号经受噪声成形以及输出经过采样的且经噪声成形的数字控制信号。数字驱动器装置被设置用于以经过采样的且经噪声成形的数字控制信号来驱动微机电元件。所述控制提供以下优点：可以使用传统的数字末级，其能够以简单的且节省空间的方式置于集成电路中。

优选地，调制器是Delta-Sigma调制器，并且微机电元件是电容式致动器、尤其是微镜致动器。由此，可以在对控制驱动器的要求较低的情况下同时实现准静态运行中致动器的高偏转准确性。

优选地，Delta-Sigma调制器的零位可以置于微机电元件的谐振模式的频率上，由此能够实现微机电元件的谐振模式的频率处的噪声分量的有针对性抑制。

根据权利要求5的根据本发明的用于控制微机电元件的方法包括以下步骤：

提供具有位于微机电元件（30）的临界频率（ω_g）以下的信号频率的数字控制信号；

以大于临界频率（ω_g）两倍的采样频率对数字控制信号进行过采样；

通过将在过采样中形成的噪声移动到临界频率（ω_g）以上的频率区域（23b）中来噪声成形经过采样的数字控制信号；

以经过采样的数字控制信号驱动微机电元件（30）。

通过所述方法可能使所期望的信号带保持无噪声，并且在此尤其有效地防止在准静态运行中微机电元件的谐振模式的激励。

其他的实施方式和改进方案在从属权利要求中给出。

只要有意义，则可以彼此任意组合以上构型和改进方案。本发明的其他的可能构型、改进方案和实现也包括以上或以下关于实施例描述的发明特征的未明确提及的组合。

附图说明

以下根据在附图的示意图中给出的实施例详细阐明本发明。附图示出：

图1：微机电致动器的等效电路图；

图2：微机电致动器的频率特性的波特图；

图3：根据本发明的一种实施方式的控制电路；

图4：根据本发明的另一种实施方式的控制电路；

图5：根据本发明的另一种实施方式的用于控制微机电元件的方法。