[发明专利]谐振器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及谐振器，例如MEMS谐振器。

背景技术

在多种产品中，MEMS谐振器用来替代石英谐振器作为基准定时器件；它们在振荡器电路中用作基准谐振器，或者在数字电路中用作同步操作的时钟基准。MEMS谐振器具有尺寸小(特别是高度很小被认为是一大优点)、制造成本低的优点。在另一种应用中，MEMS谐振器也可以进行组合以形成高质量滤波器。

在振荡器电路中，MEMS谐振器中最重要的要求是：

(i)通过低相位噪声和低抖动获取稳定的谐振频率，

(ii)高品质因子，以将MEMS谐振器对振荡器相位噪声的贡献最小化，以及

(iii)未失真的大振幅输出信号，用于获得较高的振荡器信噪比和线性的振荡器输出。高信噪比还能够实现低相位噪声和低抖动。

如果在滤波器中使用，MEMS谐振器基于下述不同原因应该满足同样的要求：

(i)稳定的谐振频率以获取稳定的滤波器操作，

(ii)高品质因子以提供低插入损耗，和

(iii)未失真的大振幅输出信号，以提供较大的动态范围。

MEMS谐振器会限制谐振振荡的幅度，使其振幅比根据机械设计预期的振幅更低。仅仅在近来才完全理解造成这种限制的起因，这种起因涉及到能量从期望的振动模式(本征模式)到其它本征模式的转移。

WO2010/035184公开了一种悬臂，其除了连接到主锚定点之外还连接到谐振器本体。这些构造补偿了谐振器刚度的非线性。US2010/0314969公开了连接到谐振器的多元件锚定。

发明内容

根据本发明，提供了一种根据权利要求1所述的谐振器。

本发明使得可以扩展MEMS谐振器的主振动模式(例如长度伸缩振动模式)的稳定操作。在以前的设计中，在特定的振动级别下，不能使这种模式更强烈地振动。原因是在这个点处激励了平面外的寄生模式。这些寄生模式具有横向振动分量。

本发明使用附加的锚定点和连接臂，这些部件设计为不会阻碍主振动模式，但设计为会抑制或限制所有其它的振动。

因为连接臂限制了沿一个方向的运动而允许沿主振动轴的自由运动，连接臂可以认为是导向器。

Z形设计减小了在谐振器中引起的应力。

例如，连接臂对于沿第一轴方向的振动具有与谐振器质量块相同的匹配谐振频率，但是对于沿横向方向的振动具有不匹配的谐振频率。

本发明形成了这样的结构，其中谐振器在除了节点区域(例如中间区域)之外的更多的点附接到固定的外部部件。

优选地，连接臂从谐振器本体开始沿与第一轴方向横切的方向延伸。

在一组示例中，谐振器本体具有两个自由端，第一锚定装置连接到在该两个自由端中间的谐振器本体上，并且一个或多个连接臂连接到每个自由端上。这对于已知的具有两个自由端的长度伸缩谐振器提供了对称的布置。

谐振器本体例如可以包括：一对延伸臂，其沿着第一轴方向延伸，在该对延伸臂的每个端部具有头部，其中第一锚定装置连接到延伸臂的中部，并且连接臂连接到头部。这就是应用于所谓的狗骨头谐振器(dog-bone resonator)的本发明结构。

第一连接臂可以从一个头部开始沿着与第一轴方向横切的第一方向向外延伸，第二连接臂可以从所述一个头部开始沿着与第一轴方向横切的第二相反方向向外延伸，第三连接臂可以从另一个头部开始沿着与第一轴方向横切的第一方向向外延伸，以及第四连接臂可以从所述另一个头部开始沿着与第一轴方向横切的第二相反方向向外延伸。

这给出了相对于第一轴对称、并且相对于与第一轴方向垂直的轴对称(从而对称地旋转180度)的结构。

可以存在：第一对连接臂，其从一个头部开始沿着与第一轴方向横切的第一方向向外延伸；第二对连接臂，其从所述一个头部开始沿着与第一轴方向横切的第二相反方向向外延伸；第三对连接臂，其从另一个头部开始沿着与第一轴方向横切的第一方向向外延伸；以及第四对连接臂，从所述另一个头部开始沿着与第一轴方向横切的第二相反方向向外延伸。

使用多个连接臂可以抑制更多的寄生模式。

本发明还提供了根据权利要求8所述的控制谐振器的方法。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的示例，其中：

图1示出了已知的谐振器；

图2示出了对于图1的谐振器设计的改进；

图3示出了图2谐振器的振幅-频率特性；

图4示出了怎样对振幅-频率特性曲线进行限幅；