CN102176376A - 一种基于mems继电器的宽幅可调电容 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，该可变电容阵列由电容阵列，MEMS继电器阵列和控制电路组成，多个电容器按并联形式阵列排放，每个电容器都有一个控制其联通和断开的MEMS继电器与其串联，控制电路可以对MEMS继电器阵列进行选通控制，控制电路通过对MEMS继电器阵列中每一个继电器的控制实现对每一个电容的控制，不同的选通方式形成具有电气连接可变化能力的电容阵列，该宽幅可调电容具有体积小、高集成度、低高度、可靠性高的特点，可在需要小体积重量的电路中代替大体积电容器，同时在滤波、抗干扰电路中可以实现电容参数的动态调整。

Description

一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容

技术领域

本发明属于微机械电子系统(MEMS)领域，特别是涉及一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容。

背景技术

可变电容器在高频和射频(RF)电路中具有重要作用，主要应用在空间、通讯、汽车电子等领域，这些应用领域对可变电容器提出了比较高的要求，体积小，高集成度、低高度、电容可调比大等。传统的可变电容器可以分为陶瓷可变电容器、活塞型可变电容器、空气微调可变电容、气体和真空可变电容器等，这些可变电容器体积较大，电容可调比小，电容范围不大，而且可靠性不高，故很难满足上述领域的使用要求。

近年来，伴随着微机械电子系统(MEMS)技术的发展与应用，基于M EMS技术的可变电容器越来越受到人们的关注，因为MEMS技术恰恰适应了上述领域对可变电容器所提出的苛刻要求。MEMS技术可变电容器具有很好的电学特性，在体积、功耗、可靠性和价格方面相比传统可变电容器具有一定的优势，现阶段已逐渐成为研制的热点。

MEMS可变电容器根据不同的结构形式主要可以分为平行板电极型、梳齿状可动电极型两种类型，另外还有一些公司或研究机构发明了采用新型结构或材料的可变电容器，比较典型的有：美国英特尔公司专利ZL01822646.9使用平行板电极电容，但是增加了多级开关结构；美国JDS尤尼费斯公司专利00803826.0提出了双晶片结构的可变电容器；中国清华大学专利CN201010152297.5提出了一种双向可动结构的框架式可变电容，该可变电容由三维梳齿状电极和三维梳齿状可调电容器。

上述MEMS可变电容器与传统可变电容器相比在体积、功耗方面有了不同程度的改善，但是各自还是有一些缺点无法克服。最常用的平板电极型因为是使用非线性静电力驱动，因此会存在“下拉”现象，从而导致电容可调比不大，电容调谐范围有限，另外也大大影响了其可靠性。梳齿状可变电容与其他的可变电容在不同程度上克服了平板电容器的下拉现象，但是结构复杂，加工工艺难度大，可靠性难以保证是它们的共同缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，该宽幅可调电容采用固定电容器阵列、MEMS继电器阵列与控制电路集成的方式来构成基于MEMS继电器的可变电容器，具有体积小，高集成度，低高度的特点，并且具有极高的可靠性，可以应用在空间、通讯、汽车电子等要求苛刻的领域。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，包括基板和设置在基板上的电容阵列、MEMS继电器阵列和控制电路，其中电容阵列中的电容之间并联连接，且每个电容与MEMS继电器阵列中的一个控制所述电容联通或断开的继电器串联连接，控制电路通过对MEMS继电器阵列中每一个继电器的控制实现对每一个电容的控制，且控制电路对MEMS继电器阵列不同的选通方式形成具有可变化能力的电容。

在上述基于MEMS继电器的宽幅可调电容中，电容阵列中的每个电容包括第一电极板与第二电极板，其中每个电容的第一电极板之间共同连接，每个电容的第二电极板则分别连接一个控制所述电容联通或断开的继电器。

在上述基于MEMS继电器的宽幅可调电容中，MEMS继电器阵列中的每个继电器包括一个控制端、一个输出端和一个接地端，其中每个继电器的接地端共同连接在一起，每个继电器的控制端与控制电路连接，每个继电器的输出端与电容连接。

在上述基于MEMS继电器的宽幅可调电容中，电容阵列与MEMS继电器阵列在基板的同一侧排放。

在上述基于MEMS继电器的宽幅可调电容中，电容阵列与MEMS继电器阵列在基板同一侧的排放形式为按排交替排放，且每个电容与控制所述电容联通或断开的继电器排放在一起。

在上述基于MEMS继电器的宽幅可调电容中，电容阵列与所述MEMS继电器阵列在基板的两侧对应排放，且每个电容与控制所述电容联通或断开的继电器之间通过设置在基板上的通孔实现电信号互联，所述通孔中添加导电性材料。

在上述基于MEMS继电器的宽幅可调电容中，导电材料为金、银、铜或铝。

在上述基于MEMS继电器的宽幅可调电容中，MEMS继电器阵列中的继电器类型为电磁型MEMS继电器或静电型MEMS继电器。

在上述基于MEMS继电器的宽幅可调电容中，MEMS继电器阵列中的继电器为MEMS单刀单置继电器，电容阵列中的电容为固定电容。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明宽幅可调电容通过采用MEMS继电器控制固定电容的联通和断开，控制电路通过对MEMS继电器阵列中每一个继电器的控制实现对每一个电容的控制，从而形成在很宽范围内变化的电容，与现有技术中其他类型可变电容器相比，大大提高了电容可调比，并可得到大范围可调电容；

(2)本发明宽幅可调电容通过采用采用MEMS继电器控制固定电容的联通和断开，MEMS继电器与固定电容体积均比较小，组合之后得到的电容与传统可变电容器相比，具有体积小，高集成度，低高度的优点；

(3)本发明宽幅可调电容由MEMS继电器控制固定电容，可以精确调节电容值，使得电容精度大大提高，可以应用在空间、通讯、汽车电子等要求苛刻的领域；

(4)本发明可调电容与现有技术中MEMS可变电容器相比，具有结构简单，加工工艺成熟，可靠性高的优点，可在需要小体积重量的电路中代替大体积电容器，同时在滤波、抗干扰电路中可以实现电容参数的动态调整；

(5)本发明宽幅可调电容将M EMS继电器阵列与电容阵列分别设置在电路板的两侧，二者之间通过添加导电性材的通孔实现电信号互联，该结构设计大大简化了电路板内部布线的复杂度，降低了工艺难度，且提高了电容可靠性，具有极强的实用性。

附图说明

图1为本发明宽幅可调电容的原理图；

图2为本发明宽幅可调电容中电容与MEMS继电器连接方式示意图；

图3为本发明实施例1中电容阵列与继电器阵列在电路板单侧布置的结构示意图；

图4为本发明实施例2中电容阵列与继电器阵列在电路板双侧布置的结构示意图；

图5为本发明实施例2中电容阵列与继电器阵列在电路板双侧布置的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

实施例1

如图3所示为本发明实施例1中电容阵列与继电器阵列在电路板单侧布置的结构示意图，由图可知该可调电容由电路板和设置在电路板上的电容阵列、MEMS继电器阵列和控制电路组成，其中电容阵列包括4×6个单位电容，MEMS继电器阵列包括4×6个MEMS继电器，其中电容阵列、MEMS继电器阵列和控制电路均设置在电路板的同一侧，并且每排电容(6个)和每排MEMS继电器(6个)交替排列，一个电容对应一个MEMS继电器。

如图1所示为本发明宽幅可调电容的原理图，如图2所示为本发明宽幅可调电容中电容与MEMS继电器连接方式示意图，每个单位电容包括第一电极板与第二电极板，其中每个电容的第一电极板之间共同连接，每个电容的第二电极板则分别连接一个控制其联通或断开的MEMS继电器的输出端，各个MEMS继电器同时组成继电器阵列，MEMS继电器的通断决定着与其连接电容是否接入电路。MEMS继电器阵列中的每个继电器包括一个控制端、一个输出端和一个接地端，其中每个继电器的接地端共同连接在一起，控制端与控制电路连接，输出端与电容连接。控制电路对MEMS继电器阵列进行选通控制，控制电路通过对MEMS继电器阵列中每一个继电器的控制实现对每一个电容的控制，不同的选通方式形成具有电气连接可变化能力的电容。

MEMS继电器的类型为电磁型MEMS继电器、静电型MEMS继电器或者其他类型的MEMS继电器，且MEMS继电器为MEMS单刀单置继电器。电容阵列中的电容为固定电容。

实施例2

如图4所示为本发明实施例2中电容阵列与继电器阵列在电路板双侧布置的结构示意图，由图可知该可调电容由电路板和设置在电路板上的电容阵列、MEMS继电器阵列和控制电路组成，其中电容阵列包括4×6个单位电容，MEMS继电器阵列包括4×6个MEMS继电器，其中电容阵列、和控制电路设置在电路板的一侧，MEMS继电器阵列设置在电路板的另一侧，且每个单位电容与控制其联通或断开的MEMS继电器在电路板两侧的位置相对应，并通过二者之间设置在电路板上的已添加导电性材料的通孔实现电信号互联，导电性材料为金、银、铜、铝或其它导电材料。如图5所示为本发明实施例2中电容阵列与继电器阵列在电路板双侧布置的剖面图。

如图1所示为本发明宽幅可调电容的原理图，如图2所示为本发明宽幅可调电容中电容与MEMS继电器连接方式示意图，每个单位电容包括第一电极板与第二电极板，其中每个电容的第一电极板之间共同连接，每个电容的第二电极板则分别连接一个控制其联通或断开的MEMS继电器的输出端，各个MEMS继电器同时组成继电器阵列，MEMS继电器的通断决定着与其连接电容是否接入电路。MEMS继电器阵列中的每个继电器包括一个控制端、一个输出端和一个接地端，其中每个继电器的接地端共同连接在一起，控制端与控制电路连接，输出端与电容连接。控制电路对MEMS继电器阵列进行选通控制，控制电路通过对MEMS继电器阵列中每一个继电器的控制实现对每一个电容的控制，不同的选通方式形成具有电气连接可变化能力的电容。

MEMS继电器的类型为电磁型MEMS继电器、静电型MEMS继电器或者其他类型的MEMS继电器，且MEMS继电器为MEMS单刀单置继电器。电容阵列中的电容为固定电容。

本发明宽幅可调电容中至少包含一个MEMS继电器和一个电容。

以上所述，仅为本发明的一个实例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。

Claims (9)

1.一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：包括基板和设置在基板上的电容阵列、MEMS继电器阵列和控制电路，其中电容阵列中的电容之间并联连接，且每个电容与MEMS继电器阵列中的一个控制所述电容联通或断开的继电器串联连接，控制电路通过对MEMS继电器阵列中每一个继电器的控制实现对每一个电容的控制，且控制电路对MEMS继电器阵列不同的选通方式形成具有可变化能力的电容。

2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：所述电容阵列中的每个电容包括第一电极板与第二电极板，其中每个电容的第一电极板之间共同连接，每个电容的第二电极板则分别连接一个控制所述电容联通或断开的继电器。

3.根据权利要求1所述的一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：所述MEMS继电器阵列中的每个继电器包括一个控制端、一个输出端和一个接地端，其中每个继电器的接地端共同连接在一起，每个继电器的控制端与控制电路连接，每个继电器的输出端与电容连接。

4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：所述电容阵列与所述MEMS继电器阵列在基板的同一侧排放。

5.根据权利要求4所述的一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：所述电容阵列与所述MEMS继电器阵列在基板同一侧的排放形式为按排交替排放，且每个电容与控制所述电容联通或断开的继电器排放在一起。

6.据权利要求1～3任一权利要求所述的一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：所述电容阵列与所述MEMS继电器阵列在基板的两侧对应排放，且每个电容与控制所述电容联通或断开的继电器之间通过设置在基板上的通孔实现电信号互联，所述通孔中添加导电性材料。

7.根据权利要求6所述的一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：所述导电材料为金、银、铜或铝。

8.根据权利要求1所述的一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：所述MEMS继电器阵列中的继电器类型为电磁型MEMS继电器或静电型MEMS继电器。

9.根据权利要求1所述的一种基于MEMS继电器的宽幅可调电容，其特征在于：所述MEMS继电器阵列中的继电器为MEMS单刀单置继电器，所述电容阵列中的电容为固定电容。

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