[發(fā)明專利]一種基于高階同步的耦合壓阻MEMS振蕩器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711270965.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN107979351B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋學(xué)勇;浦東;徐柳;宦榮華;蔣莊德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H03H9/02
• 分類號(hào): H03H9/02
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于高階同步的耦合壓阻MEMS振蕩器，包括兩個(gè)并列排布的第一雙端固支音叉梁(4-1)和第二雙端固支音叉梁(4-2)，其特征在于：第一雙端固支音叉梁(4-1)的左右兩端分別與襯底絕緣層固結(jié)的第一電極(1-1)和第二電極(3-1)固定，使第一雙端固支音叉梁(4-1)懸置在鏤空的襯底上；第二雙端固支音叉梁(4-2)的左右兩端分別與襯底絕緣層固結(jié)的第四電極(1-2)和第五電極(3-2)固定，使第二雙端固支音叉梁(4-2)懸置在鏤空的襯底上；第一雙端固支音叉梁(4-1)中間外側(cè)伸出的第一電容極板(7-1)與第三電極(2-1)伸出的第二電容極板(6-1)配合，第二雙端固支音叉梁(4-2)中間外側(cè)伸出的第三電容極板(7-2)與第六電極伸出的第四電容極板(6-2)配合，通過靜電力的作用激勵(lì)起第一雙端固支音叉梁(4-1)、第二雙端固支音叉梁(4-2)的彎曲方向上的振動(dòng)；第一雙端固支音叉梁(4-1)中間內(nèi)側(cè)伸出的第一平行電極板(5-1)和第二雙端固支音叉梁(4-2)中間內(nèi)側(cè)伸出的第二平行電極板(5-2)通過靜電力進(jìn)行相互作用，并通過對(duì)第一雙端固支音叉梁(4-1)、第二雙端固支音叉梁(4-2)中間電勢(shì)的控制來調(diào)節(jié)相互耦合作用的大小；

所述的第一電極(1-1)、第二電極(3-1)接入閉環(huán)反饋1中，閉環(huán)反饋1由第一反向放大器(6)、第一帶通濾波器(7)、第一相位調(diào)制器(8)和第一增益控制器(9)構(gòu)成，形成振蕩器1，其中閉環(huán)反饋1產(chǎn)生的信號(hào)在輸出頻率的同時(shí)，提供激振電壓V_ac1，配合偏置電壓V_dc1作用在第三電極(2-1)上使第一雙端固支音叉梁(4-1)進(jìn)行自激振蕩，振蕩信號(hào)由第一頻率計(jì)數(shù)器(10)讀出和記錄；

第四電極(1-2)和第五電極(3-2)接入振蕩反饋2中，振蕩反饋2由第二反向放大器(11)、第二帶通濾波器(12)、第二相位調(diào)制器(13)和第二增益控制器(14)構(gòu)成作用于第六電極(2-2)上，形成振蕩器2，保證第二雙端固支音叉梁(4-2)的自激振蕩及穩(wěn)定的頻率輸出，用第二頻率計(jì)數(shù)器(16)讀出和記錄；

所述的第一電極(1-1)和第二電極(3-1)之間存在電勢(shì)差，第四電極(1-2)和第五電極(3-2)之間存在電勢(shì)差，壓阻電流分別通過第一電極(1-1)和第二電極(3-1)、第四電極(1-2)和第五電極(3-2)之間流通，當(dāng)?shù)谝浑p端固支音叉梁(4-1)、第二雙端固支音叉梁(4-2)發(fā)生變形時(shí)，由于壓阻效應(yīng)的存在，檢測(cè)電流將發(fā)生改變，進(jìn)而檢測(cè)電流實(shí)現(xiàn)兩個(gè)諧振器的壓阻法測(cè)量；利用壓阻電壓在諧振器上電勢(shì)的分布，以及中間電勢(shì)為兩段正負(fù)電勢(shì)的中間值，一次調(diào)控耦合力的大小，第三電極(2-1)和第六電極(2-2)提供交變的靜電力以實(shí)現(xiàn)梁彎曲的激振。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高階同步的耦合壓阻MEMS振蕩器，其特征在于：耦合力的大小則通過平行電極板耦合力的表達(dá)式來調(diào)節(jié)其中ΔV的大小，ΔV又取決于第一電極(1-1)、第二電極(3-1)；第四電極(1-2)、第五電極(3-2)上加載的電壓大小，ΔV＝(V₁+V₂)/2-(V₃+V₄)/2，其中V₁,V₂,V₃,V₄分別為諧振器第一雙端固支音叉梁(4-1)、第二雙端固支音叉梁(4-2)兩端的控制電勢(shì)，閉環(huán)反饋1的壓阻電流控制通過V₁,V₂調(diào)節(jié)；振蕩反饋2的壓阻電流控制通過V₃,V₄調(diào)節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高階同步的耦合壓阻MEMS振蕩器，其特征在于：所述的第一電極(1-1)、第二電極(3-1)、第三電極(2-1)、第四電極(1-2)、第五電極(3-2)、第六電極(2-2)底層為正方形錨點(diǎn)，正方形錨點(diǎn)上附著有正方形金層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高階同步的耦合壓阻MEMS振蕩器，其特征在于：所述的第一平行電極板(5-1)、第二平行電極板(5-2)的間隙為3微米。