CN102210099B - Mems谐振器 - Google Patents

Abstract

一种MEMS电路，所述电路包括：带有温度依赖性输出的MEMS器件结构、电阻加热电路以及反馈控制系统，用于控制电阻加热电路来提供加热，以便维持MEMS器件处于恒定的温度。依赖于环境温度控制所述加热，使得MEMS器件温度被维持在多个依赖于环境温度的其中一个温度下。这样能够节能，因为MEMS器件加热到的温度能够被保持在较小的环境温度余量中。

Description

MEMS谐振器

技术领域

本发明涉及MEMS谐振器。

背景技术

MEMS谐振器广泛用作RF接收机电路中的参考振荡器。MEMS谐振器的谐振频率表现出典型地为-30ppm/K的温度漂移。对于某些应用，需要显著地减小所述漂移。例如，当在GSM参考振荡器中使用MEMS谐振器时，在100K的温度范围上所述漂移需要低于+/-10ppm。

可以通过将谐振器放置在温度受控反馈回路中以保持谐振器处于恒定的温度来实现。这样，可以测量谐振器上或其附近的温度。于是通过加热谐振器至预先设定的温度来稳定所述温度。

WO2005/025057公开了可以通过将谐振器放置在惠斯通电桥中来实现这种温度控制。谐振器部件的电阻用于温度传感和加热。

图1用于解释这一公知的加热控制概念。串联电阻器R1和R2是谐振器的一部分，并且具有不同的温度系数(TC)。这两个电阻器在输入电压Vin和地电压之间形成了第一支路。串联电阻器R3和R4在相同的温度下放置在其他地方，并且它们具有相同的温度系数。它们定义了与第一支路并联的第二支路。

反馈控制系统使用差分放大器10，所述差分放大器接收第一和第二电阻器R1、R2之间节点处的电压和第三和第四电阻器R3、R4之间节点处的电压作为输入。

当谐振器电阻器的比值R1/R2等于电路电阻的比值R3/R4时，电压差Vout-Vref为0，这仅对唯一温度有效。

所述电压差Vout-Vref被放大并且反馈回至惠斯通电桥作为供电电压迹线，从而加热R1和R2直至Vout-Vref等于0并且R1和R2达到其唯一温度。

因此，图1的电路提供了加热直至达到固定温度，所述固定温度依赖于电路中的电阻值。

加热至固定温度的问题是该温度需要高于器件的允许环境温度工作范围。这意味着可能存在大量浪费的功率损耗。

发明内容

根据本发明，提供了一种MEMS电路，所述电路包括：

带有温度依赖性输出的MEMS器件结构；

电阻加热电路；

反馈控制系统，用于控制电阻加热电路来提供加热，以便维持MEMS器件处于恒定的温度；以及

控制装置，用于依赖于环境温度控制加热，使得MEMS器件温度被维持在依赖于环境温度多个温度之一。

所述电路具有不同温度设置，使得(环境温度与器件加热到的温度之间的)温差保持较小。这样减小了加热电路的功率消耗。

在一种结构中，所述MEMS器件结构可以包括多个MEMS器件，并且其中所述控制装置可以包括开关结构，用于依赖于所述环境温度控制加热哪个MEMS器件。于是，已加热的MEMS器件用于提供MEMS电路的输出。

因此，不同的MEMS器件用于不同的温度。不同器件的输出在其温度范围内是稳定的，并且优选地所有MEMS器件提供相同的输出水平。

替代地，所述MEMS器件结构可以包括单个MEMS器件和多个加热电路，并且其中所述控制装置可以包括用于开关接，用于依赖于所述环境温度控制操作哪个加热电路。

所述MEMS器件可以在不同的温度下提供不同的输出，但是所述输出对特定温度是稳定的。

所述MEMS器件可以包括谐振器。

在一个示例中，所述谐振器或每一个谐振器包括：

谐振器本体；以及

锚定点(anchor)，所述锚定点在谐振器本体和支撑体之间提供固定的连接，

其中所述电阻加热电路包括暴露于环境温度的第一和第二末端，

其中所述电阻加热电路提供输出电压，所述输出电压提供给反馈控制系统以便基于该输出电压维持固定温度，

以及其中所述锚定点热耦合至电阻加热电路中在反馈控制工作期间其温度对环境温度具有最低依赖性的位置。

所述结构通过锚定点在谐振器本体和电阻加热电路之间提供热耦合。这意味着所述电阻加热电流不需要经过谐振器本身。加热电流只通过连接谐振器与支撑结构(衬底)的锚定点。这样，只有锚定点具有不均匀的温度分布并且所述谐振器具有取自其与锚定点连接点的单一温度。

通过将锚定点热耦合至电阻加热电路中对环境温度具有最低依赖性的位置，谐振器的温度保持更加稳定。反馈系统能够为谐振器维持精确的温度，并且所述反馈系统对环境温度的变化很不敏感。

所述电阻加热电路可以包括串联的第一和第二电阻器，在所述电阻器之间的节点处定义了输出电压。因此，所述电阻加热电路可以形成如上所述的惠斯通电桥的一部分。

所述电阻加热电路可以包括端到端对齐的第一和第二部分，所述端定义了第一和第二电阻器，以及从第一和第二部分之间节点处延伸的垂直部分，并且所述垂直部分定义了输出支(output spur)。所述输出支用于提供反馈电压。而且所述第一和第二部分具有不同的电阻温度依赖性，使得特定的温度与两个电阻值的特定比例相对应。

在惠斯通电桥电路中，第一和第二电阻器形成了第一支路，并且第三和第四串联电阻器形成了并联的第二支路。所述反馈控制系统还包括差分放大器，所述差分放大器接收第一和第二电阻器之间节点处的电压和第三和第四电阻器之间节点处的电压作为输入，所述放大器的输出提供给这两个支路的一端。该放大器输出随后是加热电路的供电电压。

电阻加热电路的位置典型地不同于输出电压的导出点。这是因为输出电压是从两个电阻器之间节点处导出的，而所述位置(锚定点的节点处)的选择是使得环境温度的变化具有最低的影响。

电阻加热电路的位置典型地与得出输出相电压的点不同。这是因为从两个电阻器之间的节点处得出所述输出电压，而选择(所述锚定点所连接的)所述位置，使得环境温度变化具有最低效果。

本发明还提供了一种利用温度依赖性输出控制具有MEMS器件结构的MEMS电路的方法，所述方法包括：

控制电阻加热电路来提供加热，以便将MEMS器件维持在恒定的温度；

其中所述加热依赖于环境温度，使得MEMS器件结构温度被维持在依赖于环境温度的多个温度之一。

在一个示例中，所述MEMS器件结构包括多个MEMS器件，并且其中所述控制包括依赖于环境温度控制加热哪个MEMS器件，并且其中所述方法还包括使用已加热的MEMS器件来提供MEMS电路的输出。

在另一个示例中，所述MEMS器件结构包括单一的MEMS器件和多个加热电路，并且其中所述控制包括依赖于所述环境温度操作哪个加热电路。

附图说明

下面将参考附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出了一种公知的惠斯通电桥反馈控制电路并且用在本发明的示例控制系统中；

图2示出了一种可以用在本发明系统中的电阻加热元件；

图3示出了图2所示的电阻加热元件如何与谐振器耦合以及电输出信号是如何导出的；

图4是示出了沿着所述加热元件的不同点处环境温度变化对工作温度影响的第一张图；

图5是示出了沿着所述加热元件的不同点处环境温度变化对工作温度影响的第二张图；

图6示出了本发明所述电路的第一示例；以及

图7示出了用在本发明所述电路中的划分为不同范围的温度标尺；以及

图8示出了本发明所述电路的第二示例。

在不同的图中使用的相同参考数字表示相同的部件和层，并且不再重复描述。

具体实施方式

本发明提供了一种MEMS电路，其中使用反馈控制来控制电阻加热电路提供加热，以便将MEMS器件维持在恒定的温度。依赖于环境温度控制所述加热，使得MEMS器件温度被维持在依赖于环境温度的多个温度之一。这样保持(环境温度与器件加热到的温度之间的)所述温差为较小的量以便减小加热电路的功率消耗。

申请人已经提出了一种改进的加热结构，在阐明根据本发明的附加特性之前将首先进行描述。

电流流经的电和热导体的一维热传导方程由下面的公式给出：

$\frac{{\∂}^{2}T}{\∂x^2}=-j^2\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\κ}}---\left(1\right)$

其中导热系数κ，电阻率ρ，电流密度j。假定本体的热传导比其他热传输机制(例如辐射、对流)占优。对于MEMS谐振器，这是有效的假定。

从公式(1)可以看出，当电加热电流流经MEMS谐振器时，温度分布的曲率不等于0。这意味着当通过谐振器施加加热电流时，在MEMS谐振器内部不可能具有均匀的温度。因此，由于测量到的温度不能准确地反映MEMS器件的温度，反馈机制不能对谐振器的电性能提供正确的控制。

图2示出了申请人提出的并且可用于本发明系统的一种电阻加热元件。所述电阻加热元件包括两个电阻器R1和R2，形成了图1所示的温度调节反馈回路。

由于R1和R2沿着长度具有不均匀的温度(见公式1)，所述反馈回路不能自动地导致谐振器的恒定温度。考虑到R1和R2与衬底相连的末端，很容易理解这一点。衬底处于环境温度下，是需要补偿的变量。因此，电阻器末端的温度不能被补偿。

下面将示出当这些电阻器被放置在如图1所示的反馈回路中时，存在沿着R1和/或R2具有几乎恒定的温度的位置。

提出的锚定点布局包括电阻器R1和R2，并且限定了MEMS谐振器与锚定点相连的位置，使其作为反馈控制系统的结果而具有恒定的温度，例如如图1所示的类型。

在图2中示出了加热谐振器至确定温度的原理。通过在电阻器元件的一端施加电压(Vin)，电流将流经电阻器R1和R2，并且将加热电阻器。在R1和R2之间读出电压Vout。R1和R2的末端保持在环境温度下，如粗线所示，并且所述末端是热量泄漏至外界的位置。

假定R1和R2的温度系数α很小并且假定热传导率κ不依赖于温度，可以得到温度分布T(x)的简单解法。对于R1和R2中的温度分布，下面一组微分方程是有效的：

$-L<x<0\&RightArrow;{\mathrm{\&beta;}}_1\frac{{\&PartialD;}^2{T}_1}{\&PartialD;x^2}+1=0$

$0<x<L\&RightArrow;{\mathrm{\&beta;}}_2\frac{{\&PartialD;}^2{T}_2}{\&PartialD;x^2}+1=0---\left(2\right)$

其中，β₁和β₂定义为和

下面的边界条件是有效的：

T₁(-L)＝T₂(L)＝T₀

T₁(0)＝T₂(0)

$\frac{\&PartialD;T_1}{\&PartialD;x}\left(0\right)=\frac{\&PartialD;T_2}{\&PartialD;x}\left(0\right)---\left(3\right)$

由下面的公式给出方程(2)和(3)的解：

$-L<x<0\&RightArrow;T_1\left(x\right)=-\frac{1}{2{\mathrm{\&beta;}}_1}{x}^2+A_{1}x+B_1$

$0<x<L\&RightArrow;T_2\left(x\right)=-\frac{1}{2{\mathrm{\&beta;}}_2}{x}^2+A_{1}x+B_1$

$A_1=-\frac{L}{4}(\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1}-\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2})$

$B_1=T_0+\frac{L^2}{4}(\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1}+\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2})---\left(4\right)$

为了保持解(4)简单，已经假定两个电阻器的温度系数都是可以忽略的。然而，对于图1所示的温度反馈，温度系数不能为0。

在惠斯通反馈结构中，比值Vin/Vout或者等效地R1/R2保持恒定。这些比值应该依赖于温度。从现在开始，假定电阻器的温度系数具有(小但是)有限的电阻温度系数值α。作为温度函数的R1和R2的数值由下面的公式给出：

$R_1=\frac{1}{A}\underset{-L}{\overset{0}{\&Integral;}}{\mathrm{\&rho;}}_1(1+{\mathrm{\&alpha;}}_1{T}_1\left(x\right))\mathrm{dx}$

$R_2=\frac{1}{A}\underset{0}{\overset{L}{\&Integral;}}{\mathrm{\&rho;}}_2(1+{\mathrm{\&alpha;}}_2{T}_2\left(x\right))\mathrm{dx}---\left(5\right)$

由反馈回路保持恒定的比值R1/R2由下面的公式给出：

$\frac{R_1}{R_2}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_1}{{\mathrm{\&rho;}}_2}\frac{1+{\mathrm{\&alpha;}}_1(T_0+\frac{L^2}{24}(\frac{5}{{\mathrm{\&beta;}}_1}+\frac{3}{{\mathrm{\&beta;}}_2}))}{1+{\mathrm{\&alpha;}}_2(T_0+\frac{L^2}{24}(\frac{3}{{\mathrm{\&beta;}}_1}+\frac{5}{{\mathrm{\&beta;}}_2}))}---\left(6\right)$

分子和分母中括号内的部分分别代表R1和R2的有效温度T1和T2。

可以看出，沿着电阻器通过结合这些有效温度与公式(4)可以达到这一有效温度：

$T_1=T_0+\frac{L^2}{24}(\frac{5}{{\mathrm{\&beta;}}_1}+\frac{3}{{\mathrm{\&beta;}}_2})$

$T_2=T_0+\frac{L^2}{24}(\frac{3}{{\mathrm{\&beta;}}_1}+\frac{5}{{\mathrm{\&beta;}}_2})---\left(7\right)$

$T_1=-\frac{1}{2{\mathrm{\&beta;}}_1}{x}^2-\frac{L}{4}(\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1}-\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2})x+\frac{L^2}{4}(\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1}+\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2})+T_0$

$T_2=-\frac{1}{2{\mathrm{\&beta;}}_2}{x}^2-\frac{L}{4}(\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1}-\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2})x+\frac{L^2}{4}(\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1}+\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2})+T_0---\left(8\right)$

结合公式(7)和(8)，可以很容易地看出，x的解不依赖于环境温度T₀。

这意味着在这两个电阻器上存在其温度不随环境温度T₀而变化的位置。将谐振器连接在这些点之一将导致完全恒定的温度T₁或T₂，不管环境温度T₀如何。这些点的位置由下面的公式给出：

$-L<x<0\&RightArrow;x=\frac{L}{4}(\frac{{\mathrm{\&rho;}}_2}{{\mathrm{\&rho;}}_1}-1-\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\&rho;}}_2}{{\mathrm{\&rho;}}_1}\right)}^2+2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_2}{{\mathrm{\&rho;}}_1}+\frac{7}{3}})$

$0<x<L\&RightArrow;x=\frac{L}{4}(1-\frac{{\mathrm{\&rho;}}_1}{{\mathrm{\&rho;}}_2}+\sqrt{\frac{7}{3}+2\frac{{\mathrm{\&rho;}}_1}{{\mathrm{\&rho;}}_2}+{\left(\frac{{\mathrm{\&rho;}}_1}{{\mathrm{\&rho;}}_2}\right)}^2})---\left(9\right)$

仅当满足以下条件时，公式(2)至(9)有效：

电阻温度系数α较小；

热传导系数κ不依赖于温度；并且

热量仅通过R1和R2的末端损失到外界。

在现实中，只有第一个条件是有效的。对于硅，热传导强烈地依赖于温度。此外，需要提供电压反馈信号(Vout)的末端是热量可以传输到外界的第三条路径。

执行有限元仿真以便考虑这些影响。在图3中示出了仿真的布局。

图3示出了第一和第二电阻器R1和R2串联，在所述电阻器的节点处定义了输出电压Vout。电阻器R1和R2定义为电阻迹线部分，迹线宽度为2.5μm以及迹线长度为50μm。第一和第二部分端到端对齐。垂直的读出部分从第一和第二部分之间的节点处延伸，并且定义了输出支30。该部分的长度为50μm，宽度为2.6μm。

第一和第二部分具有不同的电阻温度依赖性。在模型示例中，R1的电阻率为10^-4Ωm，温度系数α＝0，以及R2的电阻率为10^-3Ωm，温度系数α＝5000ppm/K(在参考温度下，诸如室温)。

所述锚定点示作32并且连接至谐振器本体34。锚定点的长度为22μm，宽度为2.6μm。如图所示，锚定点没有连接在电阻器R1和R2之间节点处的位置。相反，下面将解释锚定点与谐振器之间的连接位置。

锚定点可以是电绝缘体或者导体，并且应该优选地是良好的热导体。读出支是导电体以使得能够读取电压。所有元件可以由诸如硅的半导体制成。

谐振器通过锚定点与支撑体相连。实际上，支撑体、锚定点和谐振器都可以是相同层的一部分，其上有形成用于将谐振器块(resonatormass)限定为独立部件的沟槽，但是有锚定点提供连接。

仿真的输出是沿R1和R2的温度分布。在图4中，表示出了R1(从长度0-50μm)和R2(50-100μm)上的温度。在图3中给出了所用R1和R2的尺寸和数值(电阻率和温度系数)。结果如下表所示并被标记在图4的曲线图中。

该表是一种仿真，其中获得了电阻值(R1和R2)的恒定比值，并且示出了加热元件驱动电流(I)、加热元件功率消耗(P)、电流密度(J)、环境温度(Tambient)、加热元件驱动电压(Vinput)以及读出电压(Vreadout)。

从图4的曲线图中可以清楚地看出，有两个点的温度在约380K近似地恒定，一个大约在50μm，一个大约在82μm。如果谐振器的锚定点连接在这两点的其中之一，谐振器将维持在380K，无论环境温度如何变化。距离为0和100μm处的数值可以看作环境温度。

电阻器上锚定点的位置决定了谐振器的温度波动。为了确定锚定点的最佳位置，执行仿真，其中锚定点沿电阻器在50μm点附近移动，步长为0.1μm。

在每一个步骤中，对于环境温度348K、323K、298K、273K和243K确定谐振器温度。

图5示出了每一点处最大和最小温度的差值。从该曲线图中可以清楚地看出，用于加热谐振器的锚定点的最佳位置在49.45μm处。这里，在环境温度为348K至243K的范围内，谐振器温度的变化为0.59K。因此在这个特定的位置环境温度的变化减至原先的178分之一。

提出的谐振器设计基于这一认识，即沿加热电阻器存在一个最佳点实现与谐振器块的热连接。

图6示出了本发明所述的MEMS电路的第一示例。参考其输出频率依赖于温度的谐振器描述本发明。然而，本发明可用于其他MEMS器件，其输出依赖于温度，因而需要温度补偿以提供具有恒定输出传输函数的稳定输出。

在图6中，与图1所示的方式相同，由电阻器R1和R2形成加热电路，采用并联支路R3、R4的反馈。然而，所述电路具有4个谐振器40a、40b、40c和40d，以致限定了4个集成加热电路。40a-40d每个谐振器的加热电路均由两个电阻器Rn1和Rn2表示，其中n是谐振器的编号1至4。每个谐振器均由如图1所示的方式来表示，并且两个电阻器之间的中点是反馈点。

开关结构42具有用于每个谐振器的第一开关S1、S2、S3和S4，用于将并联的谐振器支路连接至电路中，以及第二开关S1a、S2a、S3a和S4a，用于将反馈中点连接至放大器10。所述开关结构42使得能够选择其中一个谐振器连接至电路中，并且因此加热反馈控制仅应用在一个谐振器上。

在所示的示例中，编号为2的谐振器(40b)连接在电路中，这意味着开关S2是唯一一个闭合的第一开关，并且开关S2a是唯一一个打开的第二开关。其他谐振器没有与接地端相连，并且其中点也与放大器10隔离。所述反馈电路表现为好像只有谐振器40b存在。

开关在预定的温度水平打开和关闭。一对开关(例如S1和S1a)按照如上所述的互补方式工作。

这种实现使用4个MEMS器件的阵列，因此将温度划分为4个范围。每个MEMS器件在不同的温度区间中具有期望的谐振频率。例如，每个温度范围可以是25摄氏度。4个范围形成了如图7所示的连续的100度范围。温度范围A至D对应谐振器40a至40d。

如果环境温度在范围A中，则选择谐振器40a。加热至仅高于温度范围顶部的温度，即Tres，a＝Ta，max+Tadd。例如可以是res，a＝273K+30K＝303K。额外的温度余量保证反馈控制系统能够正确地进行控制，甚至当温度处于温度范围的顶部时(即在Ta，max)。

与环境的最大温差因而为Tdiff，max＝Trange+Tadd＝25+30＝55K。该最大温差对应温度范围底部的环境温度，即对于温度范围A来说是248度。

因为热损失由锚定点加固装置(fixations)的热阻确定，这样达到了55倍于锚定点热阻的热通量。

该方法的优点在于划分为较小的温度区间限制了热通量。在单个谐振器的情况下，已加热谐振器与环境的最大温差是100K+30K＝130K，因而热通量是锚定点电阻的130倍。

加热谐振器至348+30＝378K的恒定温度需要使用更多的能量。

上述具体的谐振器示例仅仅是谐振器设计中一种可能的示例。实际上，取代如图1和图4所示的使用两个电阻器R1和R2，可以在锚定点加固装置中只使用一个电阻器，或者电流可以流经谐振器。取代MEMS谐振器，其他MEMS器件诸如加速度计或者压力传感器可以用在所述的阵列结构中。就谐振器而言，其目的在于在温度范围上提供恒定的输出频率。其他MEMS器件可能无法提供恒定的输出，但是仍然应该具有关于温度的恒定输出传输函数。例如，传感器应该提供一定量的不随温度变化的参数(例如压力或者应力)。

上述稳定MEMS器件温度的结构使得器件温度在很大程度上不依赖于环境温度。

本发明可以应用于其他谐振器设计，并且不限于参考图3所述的结构(或概念)。例如，本发明可以应用于加热电流流经整个器件从一个锚定点至另一个锚定点的MEMS谐振器阵列。

在图8中示出了这一结构。所述谐振器具有所谓的“狗骨头”结构，带有两个谐振器头60、62(谐振器的悬置部分)，由用作弹簧的梁64、66相连。致动电极68、70提供在每一侧，其上施加有组合的直流和交流致动电压，用于提供横跨间隙72的静电致动。

位于顶部和底部的键合焊盘74、76传导电流通过悬置的薄锚定点78、谐振器弹簧64、66和谐振器头60、62。环境温度出现在矩形的键合焊盘74、76处。弹簧64、66中的加热导致MEMS处于提升的温度下，但是由于锚定点弹簧中的温度梯度，对于固定的加热电流所述器件温度将更加依赖于环境温度。

通过针对特定的温度范围选择最佳器件，将能够减小谐振频率的温度依赖性，同时通过保持在适合的温度范围内以减小加热梯度可以减小加热功率。这种方法在其他地方(在MEMS器件的外部但是例如在相同的芯片上或者在相同的芯片封装中)可以与温度传感相结合。

这一示例用于体现本发明不限于参考图3所述的谐振器类型。

在上述示例中，提供了多个谐振器。然而，本发明也可以用于单个谐振器(或者更广泛地单个MEMS器件)，但是具有多个反馈控制机制。

因此，取代使用MEMS器件的阵列结构，可以使用带有温度控制电路阵列的单个器件，其中通过使用减小的温度区域来降低热损失。对谐振器而言，这将导致频率对每个温度范围略有不同，但是该频率能够在该温度范围内保持稳定。

可以采用标准的公知技术生产所述器件，例如基于集成电路(IC)工艺的SOI。典型地，在掩埋氧化层中刻蚀沟槽，并且从MEMS器件的下面刻蚀掉所述氧化层来形成空腔。

可以利用不同掺杂水平的掺杂实现不同电阻器的温度系数差异。公知地，掺杂水平的差异导致温度系数的差异，例如众所周知的p型硅和n型硅。

由于本发明涉及多个谐振器或者多个温度控制结构，因此在上述说明中没有详细描述谐振器设计。可以使用许多不同的谐振器设计，并且本领域普通技术人员应该理解这一点。类似地，没有详细地描述所用材料，因为这如同使用完全传统的工艺和材料一样常规。

仅仅描述了反馈控制系统的一个示例(图1)。然而，本发明可以用于旨在提供固定温度的其他电路。

本领域普通技术人员应该理解各种变化。

Claims (14)

1.一种MEMS电路，包括：

带有温度依赖性输出的MEMS器件结构(40a、40b、40c、40d)；

电阻加热电路(R1、R2)；

反馈控制系统，用于控制电阻加热电路来提供加热，以便维持MEMS器件结构处于恒定的温度；以及

控制装置，用于依赖于环境温度控制加热，使得MEMS器件结构温度被维持在依赖于环境温度的多个温度(A、B、C、D)之一；

其中所述MEMS器件结构(40a、40b、40c、40d)包括谐振器；所述谐振器或每一个谐振器包括：

谐振器本体(34)；

锚定点(32)，所述锚定点在谐振器本体(34)和支撑体之间提供固定的连接，

其中所述电阻加热电路(R1、R2)包括暴露于环境温度的第一和第二末端(Vin、gnd)，

其中所述电阻加热电路提供输出电压(Vout)，所述输出电压提供给反馈控制系统以便基于该输出电压(Vout)维持固定温度，

以及其中所述锚定点(32)热耦合至电阻加热电路(R1、R2)中在反馈控制工作期间其温度对环境温度具有最低依赖性的位置。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述MEMS器件结构包括多个MEMS器件(40a、40b、40c、40d)，并且其中所述控制装置包括开关结构(42)，所述开关结构用于依赖于所述环境温度选择与反馈控制系统相连的多个MEMS器件之一进行加热、并且提供MEMS电路的输出。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述MEMS器件结构包括单个MEMS器件和多个加热电路，并且其中所述控制装置包括开关结构，所述开关结构用于依赖于环境温度控制操作哪个加热电路。

4.根据权利要求1所述的电路，其中所述电阻加热电路包括串联的第一和第二电阻器(R1、R2)，在所述电阻器之间的节点处定义了输出电压(Vout)。

5.根据权利要求4所述的电路，其中所述电阻加热电路包括：端到端对齐的第一和第二部分，所述端到端定义了第一和第二电阻器(R1、R2)；以及从第一和第二部分之间的节点处延伸的垂直部分(30)，所述垂直部分定义了输出支。

6.根据权利要求5所述的电路，其中所述第一和第二部分具有不同的电阻温度依赖性。

7.根据权利要求4、5或6中任一项所述的电路，其中所述反馈控制系统包括由第一和第二电阻器(R1、R2)以及第三和第四串联电阻器(R3、R4)定义的惠斯通电桥，第一和第二电阻器(R1、R2)形成了第一支路，第三和第四串联电阻器(R3、R4)形成了并联的第二支路。

8.根据权利要求7所述的电路，其中所述反馈控制系统还包括差分放大器(10)，所述差分放大器接收第一和第二电阻器(R1、R2)之间节点处的电压与第三和第四电阻器(R3、R4)之间节点处的电压作为输入，所述放大器的输出(Vin)提供给两个支路的其中一端。

9.根据权利要求4至6或8中任一项所述的电路，其中所述电阻加热电路(R1、R2)的锚定点位置不同于输出电压的导出点。

10.根据权利要求7所述的电路，其中所述电阻加热电路(R1、R2)的锚定点位置不同于输出电压的导出点。

11.一种利用温度依赖性输出控制具有MEMS器件结构的MEMS电路的方法，所述方法包括：

控制电阻加热电路(R1、R2)来提供加热，以便将MEMS器件结构维持在恒定的温度；

其中所述加热依赖于环境温度，使得MEMS器件结构温度被维持在依赖于环境温度的多个温度之一；

其中所述MEMS器件结构(40a、40b、40c、40d)包括谐振器；所述谐振器或每一个谐振器包括：

谐振器本体(34)；

锚定点(32)，所述锚定点在谐振器本体(34)和支撑体之间提供固定的连接，

其中所述电阻加热电路(R1、R2)包括暴露于环境温度的第一和第二末端(Vin、gnd)，

其中，所述控制电阻加热电路(R1、R2)来提供加热，以便将MEMS器件结构维持在恒定的温度包括：所述电阻加热电路提供输出电压(Vout)；提供所述输出电压，以便基于该输出电压(Vout)维持固定温度，

以及其中所述锚定点(32)热耦合至电阻加热电路(R1、R2)中在反馈控制工作期间其温度对环境温度具有最低依赖性的位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述MEMS器件结构包括多个MEMS器件(40a、40b、40c、40d)，并且其中所述控制具有MEMS器件结构的MEMS电路包括依赖于环境温度来选择加热所述MEMS器件之一，并且其中所述方法还包括使用已加热的MEMS器件来提供MEMS电路的输出。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述MEMS器件结构包括单个MEMS器件和多个加热电路，并且其中所述控制具有MEMS器件结构的MEMS电路包括依赖于环境温度控制操作哪个加热电路。

14.根据权利要求11、12或13中任一项所述的方法，其中所述控制具有MEMS器件结构的MEMS电路包括操作惠斯通电桥电路。