[發明專利]一種采用多振子耦合的微機械諧振器

在審

• 申請號: 202211640819.5
• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115967367A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 郭中洋
• 申請（專利權）人: 安徽芯動聯科微系統股份有限公司;北京芯動致遠微電子技術有限公司
• 主分類號: H03H9/205
• 分類號: H03H9/205;H03H9/24;H03H9/05;H03H9/02
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標事務所有限公司 34102
• 代理人: 王琪;陸淑賢

本發明公開一種采用多振子耦合的微機械諧振器，包括至少一組振子、每組振子對應四組驅動/檢測電極、一組耦合梁、一組支撐梁和一個錨點，振子、驅動/檢測電極、耦合梁、支撐梁和錨點相對于諧振器中心對稱分布，振子與耦合梁相連，耦合梁與支撐梁相連，支撐梁與錨點相連，振子、耦合梁、支撐梁、錨點共同組成框架結構，驅動/檢測電極位于振子上面、振子內部和/或振子外部。本發明采用多個振子，且各振子之間相互耦合，可以利用其中一個或多個振子進行驅動，剩余的振子進行檢測，實現驅動電極和檢測電極在空間上隔離，降低驅動信號到檢測端的耦合；采用驅動振子和檢測振子分開，便于使用差分的方式對振子進行驅動或檢測，提高諧振器抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及一種微機械諧振器，特別是一種采用多振子耦合的微機械諧振器。

背景技術

電子器件和系統的性能取決于其所用的時鐘或頻率參考器件的精度和穩定性，諧振器是時鐘和頻率參考器件的核心。MEMS諧振器因具有低功耗、小體積、重量輕、成本低、易集成、高可靠、環境適應能力強等優點而有著廣闊的市場需求。

隨著應用領域的拓展和使用要求的提高，要求微機械諧振器的體積不斷縮小、精度不斷提高、環境適應性不斷增強，既需要極低功耗的低頻諧振器用于實時時鐘，又需要高頻或超高頻諧振器以實現高精度時鐘或用于高頻高精度頻率參考。技術進步的加快、研發周期的縮短和研發成本的降低，需要一種小尺寸諧振器，既可以用于極低功耗的低頻諧振器，也可用于高頻或超高頻諧振器，從而降低包括設計、工藝和配套電路等的開發周期和成本。

現有的諧振器多采用音叉型或環形等單振子結構，如專利US8234774B2、US10501310B2、US2018/0339898、US7323952B2和US2005/0206479A1，但是他們一方面難以實現差分檢測，抗干擾能力差；另一方面，驅動電極和檢測電極在空間上交叉，驅動信號容易耦合到檢測端，不利于振子性能的提高；而且，一種結構形式，在小尺寸的約束下，不能兼顧極低功耗的低頻諧振器和高頻或超高頻諧振器的應用。

現有的采用多振子的諧振器，如專利US7750758B2和US2009/0058561A1，都是采用兩組共四個振子組成的結構，該諧振器實現了差分驅動和差分檢測，可以實現驅動電極和檢測電極在空間上無交叉。但是，該諧振器一方面僅實現了每組內其中兩個振子之間的相互耦合，而兩組振子之間沒有耦合，工作時，必須驅動每組中的一個振子，耦合效果差，并限制了靈活性；另一方面，該諧振器的每個振子僅有一個支撐點，支撐剛度難以提高，不利于力學性能的進一步提高。

專利US2005/0206479A1公開了采用多振子耦合的諧振器，可以實現所有振子之間相互耦合。但是，該諧振器每個諧振子均有一個錨點，不利于降低諧振器對熱應力和封裝應力的靈敏度；另一方面，該諧振器僅適用于圓盤形振子，不能用于頻率較低、極低功耗的應用場合，如實時時鐘。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的不足，提供一種采用多振子耦合的微機械諧振器，采用多個振子，且各振子之間相互耦合，以實現各振子同步共振，還可以利用其中一個或多個振子進行驅動，剩余的振子進行檢測，既增加驅動或檢測的靈活性，還便于實現驅動電極和檢測電極在空間上隔離，降低驅動信號到檢測端的耦合，有利于提高諧振器性能；采用驅動振子和檢測振子分開，便于使用差分的方式對振子進行驅動或檢測，以提高諧振器抗干擾能力。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種采用多振子耦合的微機械諧振器，包括至少一組振子、每組振子對應四組驅動/檢測電極、一組耦合梁、一組支撐梁和一個錨點；所述的驅動/檢測電極位于振子上面、振子內部和/或振子外部，振子與耦合梁端部相連，耦合梁的中間區域與支撐梁的一端相連，支撐梁的另一端與錨點相連，振子、耦合梁、支撐梁和錨點共同組成框架結構，框架結構通過錨點固定，所述的振子、驅動/檢測電極、耦合梁、支撐梁和錨點相對于諧振器中心對稱分布。