一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器及控制方法技术

一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器，由两个并排布置的悬臂梁‑质量块结构作为谐振子，选用了悬臂梁结构的纵向拉伸及横向弯曲振动模态作为振荡器的工作模态。其检测端使用了压阻法测振，通入检测电流后可以同时拾取两个振动模态的信号，进而将信号转入两组闭环控制器分别进行反馈调制，随后采用静电力输出的方法对拉伸与弯曲模态进行激振，从而实现两种模态的同时自激振荡。同时由于模态间的耦合关系，可以借由控制其中一个振动模态的振幅调节另一模态的谐振频率。两种模态共享一个谐振结构，受温度影响的幅度相同，亦可以借助一个模态对另一模态进行温度补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器及控制方法
本专利技术涉及MEMS振荡器
，特别涉及一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器及控制方法。
技术介绍
几乎所有的电子产品系统都需要时钟，并且系统越复杂需要的时钟器件就越多，对稳定性的要求也越高。目前绝大部分高性能电子系统的计时都是以石英晶体为基础的振荡器、谐振器。受到电子产品体积越来越小、系统越来越复杂等趋势的影响，时钟元件也必须往小巧、低功耗、高集成度的方向发展，石英晶体谐振器做得愈小，质量因子值愈低，效能和相位噪声也愈差。MEMS谐振器的出现打破了这一困局，它是基于微机电系统而制造的一种可编程硅基振荡器。相较于石英晶体振荡器，MEMS谐振器能提供更小的尺寸和更高的性能，而且它还能依循半导体技术和工艺的演进而做到尺寸越来越小、性能越来越高和成本越来越低，持续改善性能。同时与传统的石英产品相比，硅基MEMS振荡器稳定性好、可编程、支持频率范围广、可靠性和鲁棒性都非常好。一般的MEMS谐振器和振荡器可以简单地认为是一个不断振动的振子，传统的MEMS振荡器基本上采用单一的工作模态，如CN201110222194，CN201180本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器，其特征在于：包括谐振机构、检测电路，以及反馈电路；谐振机构由SOI片制成，包括两个并列排布的悬臂梁结构(5‑1、5‑2)，每个悬臂梁结构的一端通过锚点(7‑1、7‑2)悬空设置，另外一端连接质量块(6‑1、6‑2)，两个质量块之间通过连接梁(8)连接，确保电流导通；所述谐振机构进一步包括第一和第二电极(3‑1、3‑2)、第三和第四电极(1‑1、1‑2)，以及第五和第六电极(2‑1、2‑2)，所述第一和第二电极(3‑1、3‑2)分别与悬臂梁一端的锚点连接，第三和第四电极(1‑1、1‑2)分别通过静电力作用在两个质量块(6‑1、6‑2)上用以实现谐振机构拉伸方...

【技术特征摘要】
1.一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器，其特征在于：包括谐振机构、检测电路，以及反馈电路；谐振机构由SOI片制成，包括两个并列排布的悬臂梁结构(5-1、5-2)，每个悬臂梁结构的一端通过锚点(7-1、7-2)悬空设置，另外一端连接质量块(6-1、6-2)，两个质量块之间通过连接梁(8)连接，确保电流导通；所述谐振机构进一步包括第一和第二电极(3-1、3-2)、第三和第四电极(1-1、1-2)，以及第五和第六电极(2-1、2-2)，所述第一和第二电极(3-1、3-2)分别与悬臂梁一端的锚点连接，第三和第四电极(1-1、1-2)分别通过静电力作用在两个质量块(6-1、6-2)上用以实现谐振机构拉伸方向的振动，第五和第六电极(2-1、2-2)布置在悬臂梁的一侧用以实现悬臂梁弯曲方向的振动，所述第一和第二电极进一步与外部的检测电路连接，用以检测谐振机构的两种振动模态，所述反馈电路连接在检测电路的输出端，包括第一和第二反馈电路，其中，第一反馈电路的输出端作用在第三和第四电极上以激励第一种振动模态，第二反馈电路的输出端作用在第五和第六电极上以激励第二种振动模态。2.根据权利要求1所述的基于振动模态耦合的MEMS振荡器，其特征在于：所述的第一反馈电路和第二反馈电路均包括依次连接的反向放大器、带通滤波器、相位调制器和增益控制器。3.根据权利要求1所述的基于振动模态耦合的MEMS振荡器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦学勇，张天翼，徐柳，蒋庄德，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61