微电子机械系统单元阵列的驱动技术方案

一种包括微电子机械系统单元阵列ＭＥＭＳ的电子设备，所述阵列在其输出具有多个状态，其中各个ＭＥＭＳ单元具有第一状态和第二状态，和其中从第一状态向第二状态的转换受打开电压的影响，以及从第二状态向第一状态的转换受关闭电压的影响，和　　　　阵列包括用于被施加至所有ＭＥＭＳ单元的信号控制电压的输入，从而通过改变信号控制电压来获得阵列的各种状态。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括微电子机械系统(MEMS)单元阵列的电子设备，所述阵列在其输出具有多个状态。本专利技术还涉及一种微电子机械系统(MEMS)单元阵列的驱动，所述阵列在其输出具有多个状态。MEMS(micro-electro-mechanical-systems)技术被用于在无线应用中开发用于RF模块的可调无源元件。MEMS技术已经在类似传感器和投影显示的产品中被应用。在RF电路的应用降低功率消耗并提高无线通信系统的性能。尤其是，MEMS技术被应用在集成RF前端电路中。一个可行的RF-MEMS元件是一个具有弹性金属上部电极的可变电容器。通过施加DC电压，这个电极向下移动，导致电容量随电压增加，直至电容量突然下降。该发生处的电压被称为Vclose。电容器可被用作可调电容器(V＜Vclose)或可开关电容器(V＞Vclose)。后者也可被用作RF开关。MEMS元件可使用表面微加工和IC兼容薄模技术制造。为了构造可移动部分，牺牲层被使用，该牺牲层位于构造层下面、可选择地被去除，从而创造了一种独立式结构。MEMS技术可制造小的、重量轻的可调/可开关的RF元件，其使半导体开关和变容二极管在功耗、线性和介入损失上有突出表现。该技术可以与其他有源/无源元件集成用于可调RF模块，呈现出提高的性能和紧凑。在RF前端电路中使用可调/可开关元件，新的重新配置的RF收发器结构可被设计用于当前和下一代无线通信系统。使用此的例子是自适应阻抗匹配网络。为了驱动由N个MEMS单元制造的自适应阻抗网络，尽管N个控制电压需要大量互联和驱动电子装置(高电压晶体管)。WO99/43013涉及微型机械静电继电器，包括具有平坦基电极的至少一个基底层，还有源于转片基底并作为平坦转片电极的动叶片，其中楔形空气间隙被形成在基底层和所述动叶片之间。进一步电极层被形成在限定空气间隙的至少一个表面上，以获得具有关闭、打开或位置对调的转换特征。有用于每个单个继电器的控制线，和以平行控制几个继电器的另一线。US5880912公开了使用MEMS技术的单片集成开关电容堆，该能够处理RF和毫米波段的GHz信号频率，同时在宽调谐范围上保持电容器电平的精确数字选择。每个MEMS开关包含被附连至基底并在地线和有间隙的信号线上方延伸的悬臂。电连接被形成在悬臂的底部，该底部被定位在信号线中的间隙上面并面向信号线中的间隙。悬臂上部的上部电极在地线上形成控制电容器结构。电容器结构，优选以与悬臂大约同样的高度被从基底悬浮下来的MEMS电容器，被锚定在基底并与MEMS开关串连接。通过给上部电极施加电压，MEMS开关被激励，产生将控制电容器结构吸引向地线的静电力，从而引起电连接以关闭信号线间隙并连接在一对输出端之间的MEMS电容器结构。集成MEMS开关电容器对具有在它们的开状态和关状态阻抗间的大范围，从而显示出优良绝缘和介入损失特征。在US5872489中，集成的可调电感网络特征为大量使用由大量微机电(MEM)开关制成的转换网络的固定电感器，该固定电感器被制造在公共基底沿线。开关可选择地连接电感器，以形成具有具体电感值的电感网络，当电感器被合适地配置时，可高精确度地设定电感值。优选的MEM开关引入非常小的阻抗，从而电感网络具有高Q。MEM开关和电感器可使用普通处理步骤被集成，减少与引线焊接和现有技术开关联系的寄生电容问题，提高可靠性，并降低现有技术在设计上的空间、重量和功率要求。精确的可调高Q电感网络被广泛应用，譬如在谐振电路中，其具有以指定预定频率处为峰值的窄带宽频率响应，可使高选择性能低噪声放大器成为可能，或者在振荡电路中，以使可根据需要产生和改变振荡的精确频率。本专利技术的目的是提供一种用于驱动MEMS单元阵列的方法和一种包括在开头段中提到的这种阵列的设备，从而相互连接和驱动电子装置可实质上被减少。这个目的在设备中被实现，其中各个MEMS单元具有第一状态和第二状态，以及其中从第一至第二状态的转换受打开电压的影响，并且从第二至第一状态的转换受关闭电压的影响，另外在这里，阵列包括用于单一控制电压的输入，该单一控制电压被施加至所有MEMS单元，从而通过改变单一控制电压来获得阵列的各种状态。关于驱动方法的目的被实现，其中单一控制电压被施加至本专利技术阵列中的所有MEMS单元，该电压被改变以获得阵列的各种状态。依据本专利技术的设备中的RF-MEMS单元显示了要求的转换电压的差异。通过调整列中所有RF MEMS单元的开状态和关状态转换电压，阵列的所有可利用状态可通过扫描依据预定计划的单一控制电压被操作。从而不必包括在其交叉点被配置MEMS单元的用于阵列的行和列。本专利技术设备的重要优点尤其是晶体管数量实质上可被减少。这个优点必须被着重考虑，因为任何传统晶体管与MEMS设备相比以不同规模和以不同技术被制造。对于RF应用，优点在于在单一基底上配备有其他无源元件的MEMS单元，优选地，基底具有高阻抗。然而，对于晶体管，具有低阻抗的基底被要求。假如离散晶体管被应用，则晶体管数量的减少也是优点，因为这种驱动晶体管需要能被合适地提供高电压，譬如约30V，并且这种晶体管是昂贵的。阵列中的状态可被有利于用于各种目的。例如，状态可是记忆状态、逻辑状态或显示状态。第一个应用是在RF领域中，其中MEMS单元被作为各种电讯波段间的开关使用，以及在其上的信号发送和接收。另一个应用是作为离散的可调电容器的MEMS的使用。又一个应用是具有电感器的REMS的使用，以使电感量可被设定。在优选具体实施例中，阵列包括各个具有特征磁滞曲线的第一和第二MEMS单元，以使打开电压不同于关闭电压，并且第一MEMS单元的打开电压和控制电压不同于第二MEMS单元的打开电压和控制电压。因此，状态的数量被相当地增大。例如，该具体实施例使用MEMS电容器，其中打开和关闭电压可容易地被制成为具有足够的差异，以产生磁滞现象。当然可在阵列中有另一个MEMS单元，其关闭和打开电压并无差异或没有实质上的差异。尤其优选地是在电容量对控制电压的操作表中，特征磁滞曲线具有不同宽度。这指的是，在同一阵列中，不但第一MEMS单元的打开电压不同于第二MEMS单元的打开电压，而且对于第一和第二MEMS单元，在打开和关闭电压之间的电压间隙也是不同的。因此，第一MEMS单元的磁滞曲线完全位于第二MEMS单元的磁滞曲线之内。在另一个有利的具体实施例中，其增加了驱动阵列的简易性，MEMS单元的特征磁滞曲线在操作表中是围绕公共中心线居中的。这个特点允许建造MEMS单元阵列，以存储逻辑状态，其中每一个逻辑状态间的距离等于另一个距离。依据本专利技术的优选实施例，提供了具有悬浮、可移动电极的静电型的MEMS单元。这指的是，在阵列中的每个MEMS单元具有一个固定电极和一个可移动电极，分别地通过关闭和打开电压的应用，该可移动电极可移动的朝向和背离固定电极，以使固定和可移动电极之间的距离在第一状态中小于在第二状态中。可移动电极在这里实质上是悬浮的平行于固定电极，并通过至少一个具有弹性系数的悬臂被锚定至支撑结构，以及MEMS单元被配置有具有用于提供关闭和打开电压的激励区域的激励电极。MEMS单元可以是开关，但可选择地是可调电容器。考虑到其稳定性，优选是可调电容器。在另一个具体实施例中，阵列中第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：T·G·S·M·里克斯，M·马特斯，J·T·M·范比克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：