[發(fā)明專利]相對(duì)于溫度變化穩(wěn)定性提高的微機(jī)電諧振器系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811288309.X
• 申請(qǐng)日: 2018-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109728791B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·瓦爾扎西納;G·加特瑞;A·托齊奧;G·蘭格弗爾德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號(hào): H03H9/02
• 分類號(hào): H03H9/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華;李春輝

本公開(kāi)涉及相對(duì)于溫度變化穩(wěn)定性提高的微機(jī)電諧振器系統(tǒng)。MEMS諧振器系統(tǒng)具有微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)和電子處理電路，電子處理電路包括第一諧振回路，第一諧振回路激發(fā)結(jié)構(gòu)的第一振動(dòng)模式并且生成在第一諧振頻率的第一信號(hào)。根據(jù)溫度變化測(cè)量結(jié)果，補(bǔ)償模塊補(bǔ)償由溫度變化造成的第一諧振頻率的第一變化，以生成在期望頻率的時(shí)鐘信號(hào)，期望頻率相對(duì)于溫度是穩(wěn)定的。電子處理電路還包括第二諧振回路，第二諧振回路激發(fā)結(jié)構(gòu)的第二振動(dòng)模式并且生成在第二諧振頻率的第二信號(hào)。溫度感測(cè)模塊接收第一和第二信號(hào)，并且根據(jù)由溫度變化造成的第一諧振頻率的第一變化和第二諧振頻率的第二變化，生成溫度變化測(cè)量結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及一種相對(duì)于溫度變化具有提高的穩(wěn)定性的MEMS(微機(jī)電結(jié)構(gòu))諧振器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

具體地，MEMS諧振器系統(tǒng)被有利地用于RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)裝置，以下討論將參照RTC裝置，但這并不暗示著任何地失去一般性。

眾所周知，RTC裝置通常與時(shí)鐘功能一起用在電子設(shè)備(無(wú)論是否是便攜式的，諸如移動(dòng)電話、相機(jī)、汽車設(shè)備、家用電器、數(shù)據(jù)收集終端、智能讀卡器等)內(nèi)，以便對(duì)過(guò)去的實(shí)際時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)(按年、月、天、小時(shí)、分鐘和秒)，即使對(duì)應(yīng)電子設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)也能計(jì)數(shù)。

為此，RTC裝置通常包括：諧振器系統(tǒng)，該諧振器系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于生成工作(或者諧振)頻率，例如，該頻率等于期望值(例如，32.768kHz)或者是期望值的倍數(shù)；電子模塊，該電子模塊耦合至諧振器系統(tǒng)，用于基于該工作頻率對(duì)過(guò)去的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及用于提供功率供應(yīng)的合適電源。

即使石英技術(shù)在數(shù)十年來(lái)在頻率生成領(lǐng)域(同樣針對(duì)RTC應(yīng)用)中占主導(dǎo)，但利用半導(dǎo)體技術(shù)(尤其是硅基半導(dǎo)體技術(shù))制成的MEMS諧振器系統(tǒng)最近已經(jīng)被提出，并不斷取得成功。

由于可以使用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路制造工藝，并且由于可以將微機(jī)械結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)電子處理電路(以ASIC(專用集成電路)的形式)兩者都低成本地集成在半導(dǎo)體材料的同一個(gè)芯片中，所以使用MEMS諧振器系統(tǒng)所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)首先是顯著減小了尺寸，以及極大地減少了成本。進(jìn)一步地，MEMS諧振器系統(tǒng)通常更耐撞擊并且更耐機(jī)械應(yīng)力，并且具有比傳統(tǒng)石英方案更低的電耗水平。

MEMS諧振器系統(tǒng)包括通過(guò)微加工技術(shù)得到的微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)，微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)由于外部應(yīng)力(以合適的DC電偏置和AC驅(qū)動(dòng)信號(hào)的形式)而被誘導(dǎo)成在其自然諧振頻率振動(dòng)。這些微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)通常包括至少一個(gè)可移動(dòng)質(zhì)量塊，至少一個(gè)可移動(dòng)質(zhì)量塊通過(guò)特意設(shè)置的限制元件被錨固到基底，至少一個(gè)可移動(dòng)質(zhì)量塊由施加的偏置和驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行諧振移動(dòng)。

圖1是MEMS諧振器系統(tǒng)1的示意圖，該MEMS諧振器系統(tǒng)1包括微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)2和耦合的電子處理電路4(作為ASIC而獲得)；在可能的實(shí)施例中，微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)2和電子處理電路4各自在相應(yīng)的半導(dǎo)體材料(尤其是硅)裸片中獲得，并且被容納于同一個(gè)封裝體內(nèi)，以限定集成系統(tǒng)(芯片)。

微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)2包括可移動(dòng)質(zhì)量塊(所謂的轉(zhuǎn)子)5，該可移動(dòng)質(zhì)量塊電容式地耦合至驅(qū)動(dòng)電極(D)6和感測(cè)電極(S)7。

電子處理電路4實(shí)施自持式諧振回路(具有正反饋)，并且尤其向驅(qū)動(dòng)電極6供應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)V_ac(尤其是在微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)2的諧振頻率的AC電壓)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)造成可移動(dòng)質(zhì)量塊5(其在偏置電壓V_bias、尤其是DC電壓下被偏置)的諧振振動(dòng)；并且電子處理電路4接收感測(cè)信號(hào)S_out，感測(cè)信號(hào)S_out與在感測(cè)電極7與可移動(dòng)質(zhì)量塊5之間形成的電容器的電容變化(由諧振振動(dòng)引起)相關(guān)聯(lián)。

電子處理電路4包括放大器級(jí)8(例如，包括具有增益Gm的電流至電壓轉(zhuǎn)換器級(jí))，該放大器級(jí)8接收感測(cè)信號(hào)S_out并且將其轉(zhuǎn)換為在諧振頻率的信號(hào)(應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆糯髞?lái)補(bǔ)償微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)2的損失)，該信號(hào)進(jìn)一步限定用于在正反饋中保持微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)2的諧振振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)V_ac。