[发明专利]一种MEMS谐振器系统

说明书

本发明公开了一种MEMS谐振器系统。整个谐振器系统包括六个谐振环、连接谐振环的耦合梁、位于环内外侧的驱动/检测电极及固定整个结构的中心锚点。每个谐振环都以呼吸模态进行振动，耦合梁以纵向伸展模态进行振动。所述系统对称的六边形结构，提高了稳定性和抗冲击能力，良好的模态耦合搭配单锚点降低了能量损耗，多个环形结构和内外电极的设置增大了耦合电极面积，提高了机电耦合系数，增大了输出功率，六个谐振环及耦合梁的并联排布降低了动态电阻，差分驱动和检测降低了后端维持电路的复杂度。

技术领域

本发明涉及射频微机电系统RF-MEMS技术领域，特别涉及一种MEMS谐振器系统。

背景技术

射频和微波通信系统的瓶颈之一是在匹配电路中缺乏高Q值(品质因子，～1000)的无源器件，目前利用标准IC工艺加工出来的器件Q值较低，螺旋电感器的Q值只有在100左右，因此如何获得高Q值的谐振器是当前射频微波系统研究的热点之一。尽管基于石英的谐振器和薄膜体声波谐振器(FBAR)等其他器件已用于许多设备之中，但这些器件难以与相应的控制电路进行集成，占据较大的体积并且大量生产需要较高的成本，因此传统的射频微波技术很难适应微波通信领域的发展。

利用基于硅的微机电系统(MEMS)技术可以突破这些困境，硅作为MEMS制造的主要材料，电学性能优良，可以与IC工艺相兼容，可以有效的进行集成和低成本的生产。并且硅基MEMS谐振器具有较高的Q值和较高的谐振频率，有助于更高频段资源的开发。因此硅基MEMS谐振器有着很大的发展潜力。

除了高的Q值，高机电耦合系数、低动态阻抗和高输出功率对于谐振器也是至关重要。高机电耦合系数可以提高能量的利用率，低动态阻抗可以降低外围电路进行阻抗匹配的难度，高输出功率可以提高谐振器的信噪比，优化整个系统的相位噪声性能。

但是，硅基MEMS谐振器存在机电耦合系数较低，动态电阻大等问题，虽然可以通过提高偏置电压等方法进行改善，但是这就导致击穿和成本问题的出现，改善的程度有限。针对以上问题，以下提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种MEMS谐振器系统，具有同时具备高Q值、高频率、高机电耦合系数、低动态电阻、高输出功率的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种MEMS谐振器系统，包括

谐振环，所述谐振环设置有六个，且六个所述谐振环的结构相同；耦合梁，每个所述耦合梁均与两个谐振环连接；

中心锚点，所述中心锚点位于整个系统的中心，所述中心锚点用于支撑若干耦合梁；

驱动/检测电极，所述驱动/检测电极分别位于谐振环的内侧和外侧。

作为优选，六个所述谐振环工作于呼吸模态，所述呼吸模态时，谐振环的谐振结构径向扩展或收缩。

作为优选，所述耦合梁的长度为谐振环谐振波长的1/2，若干所述耦合梁围绕中心锚点均匀环绕分布，且相邻两根所述耦合梁之间的角度为60度。

作为优选，所述耦合梁与谐振环连接处为耦合梁的最大振幅位置，所述耦合梁与中心锚点的连接处为耦合梁的最小振幅位置。

作为优选，所述驱动/检测电极包括位于六个谐振环内外的所有电极，且至少一个所述谐振环的驱动电极与外部的交流源相连。

作为优选，所述中心锚点处耦合有直流电压，所述直流电压用于为系统提供直流偏置。

作为优选，所述驱动/检测电极包括驱动电极和检测电极，所述驱动电极同时设置在六个谐振环外侧或内侧电极，所述检测电极同时设置在另一侧电极，定义为单路模式。