[發明專利]一種高分辨率寬量程微機械電位器引出結構及方法

有效

• 申請號: 202011007755.6
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112216454B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 秦明;何倩
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01C10/16
• 分類號: H01C10/16;H01C1/14;H01C1/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

本發明提出一種高分辨率寬量程微機械電位器引出結構及可變電阻輸出方法。采用帶有N個接觸觸點的長條狀微滑板使接觸觸點處于不同位置，采用靜電執行器使某一個接觸觸點與金屬條和電阻條之間接觸短路。并聯金屬條的輸出端與串聯電阻條的端點之間的電阻值將隨著接觸觸點的位置不同而發生連續性變化。該電位器引出結構采用多個微電位器串聯，既實現了寬量程，又保證了極高的電阻控制分辨率，同時采用微機械結構，寄生電容小、體積小、可通過控制邏輯實現在線電阻調整，適合各類電子電路使用。

技術領域

本發明屬于電位器領域，尤其涉及一種高分辨率寬量程微機械電位器引出結構及方法。

背景技術

電位器是具有三個引出端、阻值可按某種變化規律調節的電阻元件。電位器通常由電阻體和可移動的電刷組成。當電刷沿電阻體移動時，在輸出端即獲得與位移量成一定關系的電阻值或電壓。電位器在電路系統中有著極其重要的作用。傳統的電位器結構較大，需要外力旋轉調整抽頭實現電阻的變化。相較于傳統的機械式電阻器，數字電位器采用電子開關切換的方式將多個串聯電阻的某個抽頭選通切換出來實現電阻的調節。這種數字電位器具有體積小、工作壽命高、無機械磨損等優點，但是，數字電位器也有著不可忽視的缺點，如電阻的調整精度取決于串聯電阻網絡上的最小電阻值，存在難以調節大電阻范圍和高的電阻調整精度的矛盾等。

發明內容

發明目的：本發明提出了一種高分辨率寬量程微機械電位器引出結構及可變電阻輸出方法，為實現高精度大量程微機械電位器奠定了技術基礎。

技術方案：本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：一種高分辨率寬量程微機械電位器引出結構，利用長條狀微滑板結構在N個電阻條的上方平面內滑動到合適位置，再通過選擇控制使某個微電位器單元對應的靜電執行器動作，使觸點短路該微電位器單元內的電阻條到輸出抽頭。整個電位器的結構俯視圖如附圖3所示。圖中，1為長條狀微滑板；21a、21b、22a、22b……2Na、2Nb為靜電執行器的控制電極；3為彈簧結構；41、42、43……4N為靜電執行器的感應電極；5為高度控制凸點；61、62、63…… 6N為金屬條；71、72、73……7N為電阻條；8為線性執行器用定位槽；91、92、93…… 9N為接觸觸點。

上述結構中，長條狀微滑板1的兩端上下對稱設有線性執行器用定位槽8，便于長條狀微滑板1能在線性執行器的推動下上下自由移動；長條狀微滑板1上的中間部分是由N個觸點單元通過高度控制單元和彈簧結構3過渡，依次串聯重復構成；上述都為同一材料；觸點單元的背面覆蓋導電金屬材料構成的感應電極4和接觸觸點9；高度控制凸點5在高度控制單元的背面上下兩端均勻分布，且凸出長條狀微滑板1的背面一段高度。長條狀微滑板的結構俯視示意圖如附圖1所示。

電阻條7和金屬條6均與長條狀微滑板1交叉垂直放置，且二者留有間隔，在它們外側各有一條控制電極2，組成了一個微電位器單元。N個微電位器單元橫向排列，分別與長條狀微滑板1上的觸點單元一一對應。每個微電位器單元的電阻條串聯在一起組成微機械電位器的C、D電阻輸出；每個微電位器的金屬條并聯在一起組成微機械電位器的抽頭W。微電位器單元的結構俯視示意圖如附圖2所示。上述微電位器單元設置在絕緣襯底表面，與長條狀微滑板1不在一個平面，長條狀微滑板1懸浮在微電位器單元上方且有極短的間隙,例如1-2微米。

本發明還提出一種根據權利要求任一項所述的一種高分辨率寬量程微機械電位器引出結構產生可變電阻輸出的方法，該方法如下：當需要調節抽頭W的輸出電阻時，在長條狀微滑板所在平面內，垂直于長條狀微滑板的一維方向上移動長條狀微滑板1發生合適的位移，所述合適的位移為小于控制電極條的長度，再對某個微電位器單元(例如 i,1≤i≤N)中的兩個控制電極施加控制電壓，其他電極條的控制電位都為0，靜電力將作用到第i個觸點單元的感應電極4上，導致該觸點單元向下彎曲使得第i個接觸觸點9i短接對應的微電位器上的電阻條和金屬條的某個位置，從而產生抽頭W的輸出。該觸點單元兩邊的高度控制單元上的高度控制凸點5接觸到襯底，阻止了其他觸點單元的向下彎曲接觸。

有益效果：與現有技術相比，本發明 的技術方案具有以下有益技術效果：