CN102754172B - 可变电容元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即便产生了容量的变动要素也可稳定地获得所期望的容量的可变电容元件。从电容检测用信号产生部(30)向MEMS机构部(10)的驱动用电容器(10B)和参照用电容器(40)施加脉冲信号的电容检测用信号。电容检测用信号和基于驱动电压的驱动用电容器(10B)的元件电压被提供至比较器(50)的反转输入端子。另一方面，电容检测用信号和基于驱动电压的参照用电容器(40)的元件电压被提供至比较器(50)的非反转输入端子。比较器(50)根据这些元件电压之差来生成由“Hi”、“Low”这2个值构成的比较输出信号，并提供给驱动电压产生部(20)。驱动电压产生部(20)基于比较输出信号而使驱动电压上升或者下降。

Description

可变电容元件

技术领域

本发明涉及由MEMS构造实现的可变电容元件，尤其涉及具备以电气方式控制对置电极间的距离的控制电路的可变电容元件。

背景技术

当前，进行了多种尝试，对便携电话的无线通信用高频模块的前端部的匹配电路等适用由MEMS构造构成的可变电容元件。

MEMS构造的可变电容元件如专利文献1、专利文献2所示那样具备：实际作为可变电容元件发挥功能的机构部、以及向该机构部给予驱动电压的驱动电路。

机构部具备由硅等构成的平板状的固定板和可动板。可动板的一端或者两端由固定部件支撑而形成单面支撑或者双面支撑的梁，通过该构造，可动板配置成相对于固定板以规定距离进行部分可动。另外，在固定板和可动板中的可动板可动的范围，以相互对置的方式形成了驱动用电极对和作为可变电容发挥作用的对置电极对。

若驱动电路向驱动用电极对施加规定电压的驱动电压，则由于静电引力而使得驱动用电极彼此相互牵引，可动板变形。由此，驱动用电极的间隔变窄，并且可变电容用的对置电极彼此之间的间隔也变窄。其结果，作为可变电容元件的静电电容变得比施加驱动电压之前还大。另一方面，若解除驱动电压的施加，则驱动用电极间没有静电引力，由于可动部的恢复力使得可变电容用的对置电极彼此之间的间隔恢复至施加驱动电压之前的状态。其结果，作为可变电容元件的静电电容变得比施加驱动电压时还小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-181725号公报

专利文献2：日本特开2009-70940号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在如上述那样在高频通信用的匹配电路中使用了可变电容元件的情况下，为了扩大可匹配的范围或者提高匹配用的电容分辨率，优选获得尽可能多的容量值的情形。

在这里，为了获得三个以上的容量，需要采用：将获得二值的容量的这种构造的可变电容元件形成多个来并联连接而成的构成、或者用一个可变电容元件来获得三个以上容量的构成。

由二值的容量构成的可变电容用元件可以通过下述简单的构造以及控制来实现，即：通过驱动电压的施加而使得可变电容用的对置电极彼此例如隔着电介质层进行抵接，通过驱动电压的解除而使得可变电容用的对置电极彼此分离。

然而，为了用这种只获取二值的可变电容元件来实现多种容量，必须形成多个可变电容元件并且形成将他们连接起来的电路图案，因而难以实现小型化及节省空间化。另外，因连接电路图案引起的信号损耗也成为难以忽视的值。

另一方面，在用一个可变电容元件来实现多值的容量的情况下，可以实现小型化以及节省空间化，通过单纯地调整驱动电压的电压电平，能够调整与各容量相应的可变电容用的对置电极的间隔、即驱动用电极间的间隔，可以实现容量的多值化。总之，不需要用于并联连接多个电容器的电路图案，能够使信号损耗变处于最小限度。

然而，在现有构成中，由于在现实中存在可动板的老化、自驱动、驱动电压的偏差、外在原因引起的可动板的瞬时变形等，所以难以按照将所期望的容量维持在一定的方式来控制驱动电压。

本发明的目的在于实现一种即便容量的变动要素发生变化也可稳定地获得所期望的容量的可变电容元件。

为了解决技术问题而采用的技术方案

本发明涉及一种具备固定板、可动板和驱动电压施加部的可变电容元件。固定板具备第1驱动用电极以及第1可变电容用电极。可动板具备与第1驱动用电极对置的第2驱动用电极以及与第1可变电容用电极对置的第2可变电容用电极。驱动电压施加部向第1驱动用电极以及第2驱动用电极间施加驱动电压。

该可变电容元件进一步具备：具有规定的容量的参照用电容、电容检测用信号产生部和电压变化比较部。电容检测用信号产生部向由第1驱动用电极以及第2驱动用电极构成的驱动电容部和参照用电容施加电容检测用脉冲信号。电压变化比较部比较由电容检测用脉冲信号引起的驱动电容部的电压变化和参照用电容的电压变化，并输出比较结果。并且，驱动电压施加部基于比较结果来调整驱动电压。

在该构成中，利用下述结构：由第1驱动用电极以及第2驱动用电极构成的驱动电容部的容量、和作为可变电容元件的对置电极发挥功能的第1可变电容用电极与第2可变电容用电极间的容量一一对应。作为可变电容元件，将根据成为期望容量的驱动电容部的容量所设定的参照用电容与驱动电容部的电压差反映到驱动电压中，以没有电压差的方式调整驱动电压。由此，可以按照可变电容元件的容量变为期望值的方式进行调整。此时，为了检测电容而使用脉冲状信号，从而可以减轻电容检测动作对可变电容的影响。即、因为可动部具有规定的强度以及弹性，所以从电压施加到实际位移至与施加电压相应的位移量为止，需要规定的响应时间。因此，如果将电容检测用脉冲信号的持续时间设定得比该响应时间短，则只产生可动部的机械性响应。另外，与由实际为了驱动用所提供的驱动用电压引起的电荷相比，由脉冲状信号向驱动用电极提供的电荷极小。因此，该电容检测用的脉冲状信号对可动部的实质性驱动几乎没有影响。

另外，本发明的可变电容元件具备：偏移补偿用信号产生部，其向驱动电容部以及参照用电容施加与电容检测用脉冲信号不同的补偿用信号。

在该构成中，因为补偿用信号是相对于电容检测用脉冲信号而言符号反转后的信号，所以通过向驱动电容部以及参照用电容提供该补偿用信号，能够将通过电容检测用脉冲信号对驱动电容部以及参照用电容充电的电荷从驱动电容部以及参照用电容中排出。由此，例如通过使充电电荷量和排出电荷量相一致，从而没有由电容检测用脉冲信号引起的蓄积电荷，即便以规定的时间间隔连续地进行驱动电容部以及参照用电容的电压检测，也可以在各次均获得正确的电压，进行正确的驱动。

另外，本发明的可变电容元件具备：定时产生部，其向电容检测用信号产生部和偏移补偿用信号产生部提供施加的定时信号。电容检测用信号产生部和偏移补偿用信号产生部根据定时信号来进行各信号的施加。

在该构成中，通过利用定时信号而将电容检测用脉冲信号和补偿用信号提供至驱动电容部以及参照用电容，从而可以始终进行正确的电压检测以及驱动。

另外，本发明的可变电容元件在电压变化比较部的输入侧或者输出侧具备采样保持电路。定时产生部向采样保持电路提供保持定时。并且，采样保持电路基于所给予的保持定时，对驱动电容部以及参照用电容的电压、或者来自电压变化比较部的比较结果的电压进行采样保持。

这样通过具备采样保持电路，从而可以在所期望的定时进行可靠且正确的电压差及比较结果的获取。

另外，本发明的可变电容元件具备：电流比调整部，其调节向驱动电容部和参照用电容提供的电流比

在该构成中，通过使向驱动电容部和参照用电容供给的电流比可变，从而能够用一个参照用电容来设定驱动电容部的多个状态。由此，能够用一个参照用电容作为可变电容元件而调整成多个电容。

发明效果

根据本发明，针对可变电容元件而言，即便产生了容量的变动要素，也能够稳定地获得所期望的容量。

附图说明

图1是第1实施方式涉及的可变电容元件的MEMS机构部的概略构成图以及整体构成的电路框图。

图2是说明第1实施方式的可变容量控制的原理的图。

图3是第2实施方式的可变电容元件1A的整体构成的电路框图。

图4是说明第2实施方式的可变容量控制的原理的图。

图5是第3实施方式的可变电容元件1B的整体构成的电路框图、以及定时信号PTa、PTb的波形图、电容检测用信号以及偏移补偿用信号的电流波形图、和驱动用电容器(相当于驱动用电容)10B以及参照用电容器(相当于参照用电容)40的元件电压的波形图。

图6是第4实施方式的可变电容元件1C的整体构成的电路框图、以及定时信号PTa、PTb、PTh的波形图、电容检测用信号以及偏移补偿用信号的电流波形图、和驱动用电容器10B以及参照用电容器40的元件电压的波形图。

图7是第5实施方式的可变电容元件1D的整体构成的电路框图。

图8是第6实施方式的可变电容元件1E的电路图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的第1实施方式涉及的可变电容元件。图1(A)是本实施方式的可变电容元件1的MEMS机构部10的概略构成图，图1(B)是可变电容元件1的整体构成的电路框图。

首先，说明可变电容元件1的MEMS机构部10的构成。

MEMS机构部10具备固定板101、可动板102、以及固定部103。固定板101以及可动板102例如为规定厚度的平板。其中，可动板102被形成为通过后述的驱动电压的施加可以位移的厚度。固定板101以及可动板102由硅等的材料形成，特别是在本实施方式的构成中由高电阻率的材料形成。

固定板101和可动板102按照各自的平板面(主面)以规定的间隔对置的方式进行配置，并且可动板102的规定端被固定部103固定于固定板101。固定部103也与固定板101及可动板102同样地，由硅等的材料形成。这种情况下，作为硅材料，为了确保电极间的绝缘，优选采用导电性少的高电阻硅素材。或者，在采用低电阻硅材料的情况下，也可在形成有电极的硅部位表面形成绝缘膜来进行取代。

在固定板101中的可动板102侧的主面101A，形成了第1驱动用电极111和第1可变电容形成用电极112。另一方面，在可动板102中的固定板101侧的主面102A，形成了第2驱动用电极121和第2可变电容形成用电极122。在此，固定板101的第1驱动用电极111以及可动板102的第2驱动用电极121形成为：以规定的面积进行对置。另外，固定板101的第1可变电容形成用电极112以及可动部102的第2可变电容形成用电极122也形成为：以规定的面积进行对置。

根据该构造，由固定板101的第1驱动用电极111以及可动板102的第2驱动用电极121构成了驱动用电容器10B(图1中的容量Cd的电容器)。另外，由固定板101的第1可变电容形成用电极112以及可动部102的第2可变电容形成用电极122构成了作为可变电容元件1的电容器10A(图1中的容量Co的电容器)。

在此，上述的固定板101与可动板102之间的间隔、第1驱动用电极111与第2驱动用电极121对置的对置面积、第1可变电容形成用电极112与第2可变电容形成用电极122对置的对置面积，由作为可变电容元件1而想要实现的容量Co来决定。

在上述机构的构成上，MEMS机构部10具备与第1驱动用电极111电连接的接地用端口210。另外，MEMS机构部10具备与第2驱动用电极121电连接的驱动信号输入端口211以及检测信号输入端口212。另外，MEMS机构部10具备与第1可变电容形成用电极112电连接的第1外部连接端口201，并具备与第2可变电容形成用电极122电连接的第2外部连接端口202。此外，分别连接各端口和各电极的布线电极图案未图示出，但是可适当形成于固定板101、可动板102以及固定部103，以实现上述的连接构成。另外，为了说明方便而使用了这些端口，作为实际的电路形成图案无需具体地与其他电路单独形成这些端口。而且，有时也设置容纳MEMS机构部10的框体，并且在框体上形成用于将各端口以电气方式引出至框体外的通孔，但是在本实施方式中进行了省略。

在这种构成中，作为未施加驱动电流从而静电引力不起作用的默认状态，处于第1可变电容形成用电极112和第2可变电容形成用电极122以规定间隔分开的状态，实现了将第1外部连接端口201和第2外部连接端口202作为两端子的容量Co的电容器。

并且，在该构成中，若将接地用端口210接地而向驱动信号输入端口211施加规定的驱动电压，则在第1驱动用电极111与第2驱动用电极121之间产生静电引力。通过该静电引力，可动板102向固定板101侧弯曲，从而固定板101与可动板102之间的间隔变窄。由此，第1可变电容形成用电极112与第2可变电容形成用电极122之间的间隔变窄，较之未施加驱动电压的状态，容量Co变大。

此时，通过使驱动电压的电平变化而使得静电引力变化。由此，第1驱动用电极111与第2驱动用电极121之间的间隔变化，能够实现与该间隔相应的容量Co。即、能够利用由一对电极对构成的MEMS机构部10来实现与驱动电压相应的多个值的容量Co。

并且，例如若驱动电压的施加停止，则通过规定的时间常数使得静电引力解除，可动板101返回到上述的默认状态。由此，第1可变电容形成用电极112与第2可变电容形成用电极122之间的间隔变得比驱动电压的施加状态还宽，容量Co变小。

这样一来，在机构上构成了MEMS构造的可变电容元件。

在拥有这种构造的MEMS机构部10的基础上，本实施方式的可变电容元件1具备图1(B)所示那样的电路部。

如图1(B)所示，可变电容元件1具备MEMS机构部10、驱动电压产生部20、电容检测用信号产生部30、参照用电容器40、比较器50。

驱动电压产生部20的输出端经由电阻21D以及MEMS机构部10的驱动信号输入端口211而与驱动用电容器10B的第2驱动用电极121连接。此外，驱动用电容器10B的第1驱动用电极111经由接地用端口210而接地。

另外，驱动电压产生部20的输出端经由电阻21C而与参照用电容器40的一端连接。此外，参照用电容器40的另一端接地。

电容检测用信号产生部30经由电阻31D以及MEMS机构部10的检测信号输入端口212而与驱动用电容器10B的第2驱动用电极121连接。

另外，电容检测用信号产生部30经由电阻31C而与参照用电容器40的一端连接。此外，参照用电容器40的另一端接地。

比较器50的反转输入端子与MEMS机构部10的检测信号输入端口212连接，即与驱动用电容器10B的第2驱动用电极121与电阻31D之间的连接点连接。另一方面，比较器50的非反转输入端子连接于参照用电容器40的一端与电阻31C之间的连接点。

比较器50的输出与驱动电压产生部20的输入端连接。

利用这种电路构成，如以下所示那样进行可变电容的控制。图2是说明可变容量控制的原理的图。图2(A)是电容检测用信号的电流波形图，图2(B)是驱动用电容器10B以及参照用电容器40的元件电压的波形图，图2(C)是比较器的比较输出的波形图。

在初始状态下，驱动电压产生部20产生预先设定的规定的电压电平的驱动电压。该驱动电压被施加于驱动用电容器10B以及参照用电容器40。构成驱动用电容器10B的可动板102根据驱动电压进行位移，外部连接电容器10A的容量Co根据该位移来决定。

在这种驱动状态下，从电容检测用信号产生部30向驱动用电容器10B以及参照用电容器40同步地施加电容检测用信号。电容检测用信号是图2(A)所示的脉冲信号。更具体而言，电容检测用信号是仅在规定的时间长度为dt的施加时间内成为规定电流值Io，而在其他期间是电流值为“0”的脉冲信号。

这样，若与驱动电压一起施加电容检测用信号，则根据驱动电压和电容检测用信号的电流电平而在驱动用电容器10B以及参照用电容器40中产生图2(B)所示那样的元件电压。在图2(B)中，Vo表示驱动电压，Vpc表示参照用电容器40的元件电压的峰值，Vpd表示驱动用电容器10B的元件电压的峰值。

具体而言，若向驱动用电容器10B仅施加驱动电压，则如图2(B)所示，驱动电压Vo成为元件电压。在该状态下，若向驱动用电容器10B施加电容检测用信号，则元件电压根据电流值Io而迁移。若电阻21D比电阻31D充分大，则该驱动用电容器10B的元件电压从电容检测用信号的施加定时起上升，施加期间dt后的元件电压的峰值Vpd如下式进行表示。

Vpd＝Vo+Io＊dt/Cd

然后，驱动用电容器10B的元件电压以依存于驱动用电容器10B的容量Cd和电阻21D的电阻值的时间常数进行下降。

另一方面，若向参照用电容器40仅施加驱动电压，则与驱动用电容器10B同样地如图2(B)所示，驱动电压Vo成为元件电压。在该状态下，若向参照用电容器40施加电容检测用信号，则元件电压根据电流值Io而迁移。若电阻21C比电阻31C充分大，则该参照用电容器40的元件电压从电容检测用信号的施加定时起上升，施加期间dt后的元件电压的峰值Vpc如下式进行表示。

Vpc＝Vo+Io＊dt/Cc

然后，参照用电容器40的元件电压以依存于参照用电容器40的电容Cc和电阻21C的电阻值的时间常数进行下降。

在此，预先设定为：在外部连接电容器10A成为所期望的容量Co之时，参照用电容器40的容量Cc和驱动用电容器10B的容量Cd相一致。

在这种状态下，如上述那样驱动用电容器10B以及参照用电容器40的元件电压在理论上应该相同。然而，由于MEMS机构部10的老化、自驱动、以及外在原因等，若如图2(B)所示那样两个元件电压的迁移不同，意味着外部连接电容器10A的容量Co不会成为所期望的这种容量。并且，与这种所期望的容量之间的差与元件电压之差一一对应。例如，若与所期望的容量之差大，则与之对应地元件电压之差变大，若与所期望的容量之差小，则与之对应地元件电压之差变小。因此，元件电压之差成为与所期望的容量之差的指标。

利用该指标，在比较器50中，基于驱动用电容器10B的元件电压与参照用电容器40的元件电压之间的差分结果，输出如图2(C)所示那样的比较输出信号。比较输出信号是取“Hi”电平或者“Low”电平的其中一个的二值化信号。并且，在本实施方式中，因为向比较器50的反转输入端子给予驱动用电容器10B的元件电压，向比较器50的非反转输入端子给予参照用电容器40的元件电压，所以比较器50在参照用电容器40的元件电压高于驱动用电容器10B的元件电压的情况下生成“Hi”电平的比较输出信号，在参照用电容器40的元件电压低于驱动用电容器10B的元件电压的情况下生成“Low”电平的比较输出信号。

驱动电压产生部20根据由比较器50给予的比较输出信号的电平来调整驱动电压电平。具体而言，如果为本实施方式的情况，若输入了“Hi”电平的比较输出信号，则驱动电压产生部20按照使驱动电压下降规定电压来降低驱动电压电平的方式进行调整。由此，向驱动用电容器10B施加的驱动电压的电平变低，第1驱动用电极111与第2驱动用电极121间的静电引力下降，它们的电极间隔变宽。因此，驱动用电容器10B的容量Cd变小，元件电压上升而接近参照用电容器40的元件电压。并且，对这种驱动电压电平进行调整，若按照驱动用电容器10B的元件电压和参照用电容器40的元件电压相一致的方式调整驱动电压电平，则能够将外部连接电容器10A的容量Co调整成期望的容量。

另一方面，作为与图2相反的状态，若输入“Low”电平的比较输出信号，则驱动电压产生部20按照使驱动电压上升规定电压来提高驱动电压电平的方式进行调整。由此，向驱动用电容器10B施加的驱动电压的电平变高，第1驱动用电极111与第2驱动用电极121间的静电引力增加，它们的电极间隔变窄。因此，驱动用电容器10B的容量Cd变大，元件电压下降而接近参照用电容器40的元件电压。并且，对这种驱动电压电平进行调整，若按照驱动用电容器10B的元件电压和参照用电容器40的元件电压相一致的方式调整驱动电压电平，则能够将外部连接电容器10A的容量Co调整成期望的容量。

如以上那样，通过本实施方式的构成以及驱动电压的控制，从而能够将利用了MEMS的可变电容元件常时设定成期望的容量。而且，如本实施方式那样，若为了检测容量而使用脉冲信号，则第1驱动用电极111与第2驱动用电极121间的间隔不会因电容检测用信号而发生较大位移，从而能够正确地调整容量。这是因为利用了如下的情况，即：由于由脉冲信号给予的电荷量较之由驱动电压给予的电荷量大幅度变小、且可动部12具有某种程度的响应时间常数，因此包括过渡响应在内的以十分短的时间设定的脉冲信号的施加期间内几乎没有位移。

其次，参照附图来说明第2实施方式涉及的可变电容元件。

图3是本实施方式的可变电容元件1A的整体构成的电路框图。本实施方式的可变电容元件1A构成为：对第1实施方式示出的可变电容元件1追加了偏移补偿用信号产生部60以及电阻61C、61D。因为其他构成与第1实施方式的可变电容元件1相同，所以下面仅说明与偏移补偿用信号产生部60相关的地方。

偏移补偿用信号产生部60产生偏移补偿用信号。偏移补偿用信号是相对于从上述的电容检测用信号产生部30输出的电容检测用信号而符号反转后的脉冲信号。

偏移补偿用信号产生部60经由电阻61D而与MEMS机构部10的检测信号输入端口212连接。即、偏移补偿用信号产生部60经由电阻61D以及检测信号输入端口212而与驱动用电容器10B的第2驱动用电极121连接。由此，从偏移补偿用信号产生部60输出的偏移补偿用信号被施加给驱动用电容器10B。

另外，偏移补偿用信号产生部60经由电阻61C而与参照用电容器40连接。由此，从偏移补偿用信号产生部60输出的偏移补偿用信号也被施加给参照用电容器40。

在此，因为偏移补偿用信号如上述那样是相对于电容检测用信号而言符号反转后的脉冲信号，所以仅通过电容检测用信号而在驱动用电容器10B以及参照用电容器40中产生的电荷分布、和仅通过偏移补偿用信号而在驱动用电容器10B以及参照用电容器40中产生的电荷分布是相反的。

利用这种的电容检测信号与偏移补偿用信号之间关系，在本实施方式中在施加电容检测用信号之后施加偏移补偿用信号，产生了如下的作用及效果。

图4是说明本实施方式的可变容量控制的原理的图。图4(A)表示使用了本实施方式的方法的情况下的电容检测用信号以及偏移补偿用信号的电流波形图、和驱动用电容器10B以及参照用电容器40的元件电压的波形图。图4(B)表示连续地使用了第1实施方式的方法的情况下的电容检测用信号的电流波形图、和驱动用电容器10B以及参照用电容器40的元件电压的波形图。

首先，设上述的第1实施方式所示的构成以及方法适用于以一次或极少数次进行容量控制的情况、或者隔着充分长的时间间隔的容量控制，并以较短的重复周期连续地进行第1实施方式的方法，则如图4(B)所示那样，在每次施加电容检测用信号时，都向驱动用电容器10B以及参照用电容器40进行充电。若被这样进行充电，则作为追加的驱动电压起作用。由此，若从第一次施加电容检测用信号起依次将峰值元件电压设为Vpd1、Vpd2、Vpd3，则如图4(B)所示，元件电压会按照Vpd1＜Vpd2＜Vpd3渐渐提高。因此，实际无法测量因来自驱动电压产生部20的驱动电压引起的正确容量。另外，驱动用电容器10B的元件电压被提高，从而外部连接电容器Co的容量也引起变动。

另一方面，在本实施方式的方法中，电容检测用信号和偏移补偿用信号为符号反转信号，如图4(A)所示，因为在施加电容检测用信号之后施加偏移补偿用信号，所以能够将由电容检测用信号施加的电荷，通过偏移补偿用信号而从驱动用电容器10B以及参照用电容器40中排出。

由此，若从第一次施加电容检测用信号起依次将峰值元件电压设为Vpd1、Vpd2、Vpd3，则如图4(A)所示，元件电压始终为一定值、即Vpd1＝Vpd2＝Vpd3。当然，只要在之后也进行容量测量，元件电压始终一定。并且，即便通过使用这些电容检测用信号的施加定时与偏移补偿用信号的施加定时之间的元件电压，连续地进行电容检测，也能够始终测量正确的容量，能够持续进行正确的容量控制。并且，在控制动作中也可以正确地维持外部连接用电容器Co。

接着，参照附图来说明第3实施方式涉及的可变电容元件。

图5(A)是本实施方式的可变电容元件1B的整体构成的电路框图，图5(B)是定时信号PTa、PTb的波形图、电容检测用信号以及偏移补偿用信号的电流波形图、和驱动用电容器10B以及参照用电容器40的元件电压的波形图。

本实施方式的可变电容元件1B表示第2实施方式示出的可变电容元件1A的更具体的一例的电路，在可变电容元件1A的构成上增加了定时产生电路70。

定时产生电路70生成电容检测信号产生用的定时信号PTa和偏移补偿用信号产生用的定时信号PTb。定时产生电路70如图5(B)的最上部分所示那样，在输出定时信号PTa之后经过规定的时间长来输出定时信号PTb。

定时产生电路70将定时信号PTa给与至电容检测用信号产生部30，将定时信号PTb给与至偏移补偿用信号产生部60。

电容检测用信号产生部30根据定时信号PTa来输出电容检测用信号。另一方面，偏移补偿用信号产生部60根据定时信号PTb来输出偏移补偿用信号。

通过进行这种构成以及信号处理，从而能够如上述的第2实施方式所示那样，在向驱动用电容器10B以及参照用电容器40施加电容检测用信号的规定时间之后施加偏移补偿用信号。

在此，基于可动板102的机械性时间常数来设定电容检测用信号的施加定时间隔(定时信号PTa的间隔)。例如，优选设为该时间常数的约5倍的时间间隔。这是因为，一般在具有时间常数的过渡现象的情况下，在时间常数时间处于整体的63％的响应，在时间常数时间的5倍的时间得到整体的99％的响应。因此，若以该时间常数时间的约5倍的时间间隔进行容量测量，则不会产生过剩的控制等待时间，针对干扰等也可得到充分的响应性。

另外，电容检测用信号的施加定时与偏移补偿用信号的施加定时之间的间隔也是基于上述时间常数来决定的。例如，优选设为该时间常数的约1/2倍的时间间隔。这是因为，若是时间常数的约1/2的时间，则在基于电容检测用信号的电荷的施加而使得可动板102发生较大位移之前，能够排出电荷。由此，不会由该电容检测用信号给予可动板102过大的位移，可连续且稳定地进行容量的测量及控制。此外，关于信号定时及信号值，根据针对外部连接用电容器Co求出的稳定度而适当设定即可。

接着，参照附图来说明第4实施方式涉及的可变电容元件。

图6(A)是本实施方式的可变电容元件1C的整体构成的电路框图，图6(B)是定时信号PTa、PTb、PTh的波形图、电容检测用信号以及偏移补偿用信号的电流波形图、和驱动用电容器10B以及参照用电容器40的元件电压的波形图。

本实施方式的可变电容元件1C是在第3实施方式示出的可变电容元件1B上具备了采样保持电路(S/H电路)80C、80D。因此，下面仅说明与采样保持电路80C、80D相关的地方。

定时产生部60生成提供采样保持定时的定时信号PTh，并提供给采样保持电路80C、80D。此时，定时信号PT在电容检测信号产生用的定时信号PTa与偏移补偿用信号产生用的定时信号PTb之间的规定定时被提供。例如，如果是图6(B)的例子，则被设定成与电容检测用信号的下降定时大致相同的定时。

采样保持电路80C与比较器50的反转输入端子连接。采样保持电路80D对驱动用电容器10B的元件电压进行采样保持，并提供给比较器50的反转输入端子。

采样保持电路80C与比较器50的非反转输入端子连接。采样保持电路80C对参照用电容器40的元件电压进行采样保持，并提供给比较器50的非反转输入端子。

比较器50基于被采样保持的驱动用电容器10B的元件电压和同样被采样保持的参照用电容器40的元件电压之间的差分，来生成上述的比较输出信号，并输出给驱动电压产生部20。

通过采用这种构成，能够将驱动用电容器10B的元件电压与参照用电容器40的元件电压的比较定时决定为期望定时。由此，可以进行稳定的容量控制。

具体而言，因为通过本申请的构成以及方法而获得的电容检测用的元件电压的动作为过渡现象，所以认为元件电压变得不稳定。然而，通过提供采样保持定时，从而即便存在这种不稳定的期间，也可以在避免这种现象的定时进行元件电压差的检测、即比较输出信号的生成，从而可以进行稳定的容量控制。

另外，在驱动用电容器10B与参照用电容器40的容量为大致相同的值的情况下，元件电压差变得极小，会产生元件电压差在正负之间进行摆动的情形。这种情况下，会产生比较输出信号在短时间内重复“Hi”电平和“Low”电平这种的比较输出信号的抖动，但是通过进行采样保持，能够抑制比较输出信号的抖动。由此，可以获得稳定的比较输出信号，可以进行稳定的容量控制。

另外，即便瞬间产生电干扰，通过采样保持也能够去除该干扰对比较输出信号的影响。由此，可以获得稳定的比较输出信号，可以进行稳定的容量控制。

此外，在图6(B)所示的例子中，将电容检测用信号的下降定时设定为采样保持定时，但是只要是电容检测信号的施加定时与偏移补偿用信号的施加定时之间，则也可以是其他定时。并且，若将电容检测用信号的下降定时设定为采样保持定时，则驱动用电容器10B的元件电压与参照用电容器40的元件电压之差大致变为最大，所以通过设定成该定时，从而能够获得稳定的比较输出信号。

接着，参照附图来说明第5实施方式涉及的可变电容元件。

图7是本实施方式的可变电容元件1D的整体构成的电路框图。本实施方式的可变电容元件1D表示在第4实施方式示出的可变电容元件1C中采样保持电路(S/H)80被连接在比较器50的输出侧的情况。

采样保持电路80连接于比较器50与驱动电压产生部20之间。从定时产生电路70向采样保持电路80提供采样保持用的定时信号PTh’。在此，定时信号PTh’的施加定时被设定为：与上述的第4实施方式示出的定时信号PTh的施加定时大致相同。此外，这种情况下，本实施方式的定时信号PTh’的施加定时也可设定成：较之第3实施方式的定时信号PTh的施加定时延迟了比较器50内的信号遅延量。

这样，即便是将采样保持电路连接在比较器50的后级的构成，也可与第4实施方式同样地进行稳定的容量控制。

接着，参照附图来说明第6实施方式涉及的可变电容元件。

图8是本实施方式的可变电容元件1E的电路图。本实施方式的可变电容元件1E是将第5实施方式示出的可变电容元件1D更具体地以IC化实现了的情形，而且能够选择多种电容检测用信号的大小。

此外，在本实施方式中，虽然未示出驱动电压产生部20、定时产生电路70、采样保持电路80的具体电路，但是根据实现上述实施方式示出的功能的已知构成来适当设定即可。

另外，虽然检测用信号设定部90也未示出具体构成，但是基于来自外部连接电路例如便携通信终端的控制部的容量控制的信息而向开关S61、S62、S63、S64提供接通/断开控制信号。并且，内部的电路构成使用生成该接通/断开控制信号的已知构成即可。

与驱动电压源连接的驱动电压输入端子Vcc，经由电阻R40连接了npn型晶体管Q52的集电极。npn型晶体管Q52的发射极接地。

(A)电容检测用信号的产生电路

(A-1)驱动用电容器10B用的电容检测用信号的产生电路

该npn型晶体管Q52的基极与自身的集电极连接，并且与npn型晶体管Q71、Q61、Q62、Q63、Q64连接，这些npn型晶体管Q71、Q61、Q62、Q63、Q64的各发射极接地。通过该构成，分别构成了以npn型晶体管Q52为公共晶体管的电流镜电路。

npn型晶体管Q61的发射极连接了开关S61的一端，npn型晶体管Q62的发射极连接了开关S62的一端。另外，npn型晶体管Q63的发射极连接了开关S63的一端，npn型晶体管Q64的发射极连接了开关S64的一端。

各开关S61、S62、S63、S64的另一端被结合，而与pnp型晶体管Q22的集电极连接。

pnp型晶体管Q22的发射极与驱动电压输入端子Vcc连接。pnp型晶体管Q22的基极与自身的集电极连接，并且与pnp型晶体管Q21的基极连接。pnp型晶体管Q21的发射极与驱动电压输入端子Vcc连接。通过该构成，构成了具有pnp型晶体管Q22、Q21的电流镜电路。

pnp型晶体管Q21的集电极与开关S11的一端连接。开关S11的另一端经由电阻R31而与MEMS机构部10的驱动用电容器10B的第2驱动用电极121连接。此外，第2驱动用电极121与比较器50的反转输入端子连接。另外，第2驱动用电极121经由电阻R21而连接了驱动电压产生部20的输出端。另外，驱动用电容器10B的第1驱动用电极111接地。

通过该构成，与开关S11的接通控制相应的脉冲状的电容检测用信号以恒定电流施加给驱动用电容器10B。

(A-2)参照用电容器40用的电容检测用信号的产生电路

另一方面，npn型晶体管Q71的集电极连接了pnp型晶体管Q32的集电极。

pnp型晶体管Q32的发射极与驱动电压输入端子Vcc连接。pnp型晶体管Q32的基极与自身的集电极连接，并且与pnp型晶体管Q31的基极连接。pnp型晶体管Q31的发射极与驱动电压输入端子Vcc连接。通过该构成，构成了具有pnp型晶体管Q22、Q21的电流镜电路。

pnp型晶体管Q31的集电极与开关S12的一端连接。开关S12的另一端经由电阻R32而与参照用电容器40的一端连接。此外，参照用电容器40的一端与比较器50的非反转输入端子连接。另外，参照用电容器40的一端经由电阻R22而连接了驱动电压产生部20的输出端。另外，参照用电容器40的另一端接地。

通过该构成，与开关S12的接通控制相应的脉冲状的电容检测用信号以恒定电流施加给参照用电容器40。

并且，向开关S11、S12提供定时信号PTa，使开关S11的接通控制和开关S12的接通控制同步地进行，由此能够测量并比较驱动用电容器10B和参照用电容器40的电容。

(A-3)电容比的可变设定

其中，通过进行上述的开关S61～S64的接通/断开控制，从而能够调整向驱动用电容器10B供给的电流量。例如，相对于npn型晶体管Q71而将npn型晶体管Q61、Q62、Q63、Q64的电流容量之比分别设定为1∶1、1∶2、1∶4、1∶8。通过采用这种构成，根据开关S61～S64之中的被接通控制的开关的组合，能够以16个种类来设定向驱动用电容器10B供给的电流量与向参照用电容器40供给的电流量之比。由此，能够用一个参照用电容器40来设定多个应该检测的电容比。其结果，能够利用一个参照用电容器40来控制多个容量值。

(B)偏移补偿用信号的产生电路

(B-1)驱动用电容器10B用的偏移补偿用信号的产生电路

pnp型晶体管Q11的基极与上述的pnp型晶体管Q22的基极连接，pnp型晶体管Q11的发射极与驱动电压输入端子Vcc连接。通过该构成，构成了具有pnp型晶体管Q22、Q11的电流镜电路。pnp型晶体管Q11的集电极与npn型晶体管Q42的集电极连接。由此，与上述的npn型晶体管Q61～Q64的组合相应的电流被供给至npn型晶体管Q42。

npn型晶体管Q42的发射极接地。npn型晶体管Q42的基极与自身的集电极连接，并且与npn型晶体管Q41的基极连接。npn型晶体管Q41的发射极接地。通过该构成，构成了具有npn型晶体管Q42、Q41的电流镜电路。

npn型晶体管Q41的集电极与开关S21的一端连接。开关S21的另一端经由电阻R41而与驱动用电容器10B的第2驱动用电极121连接。

通过该构成，与开关S21的接通控制相应的脉冲状的偏移补偿用信号以恒定电流流动至驱动用电容器10B。此时，偏移补偿用信号的电流方向相对于上述的电容检测用信号而言为相反方向、即是符号反转信号，所以通过流动该偏移补偿用信号，能够放出由电容检测用信号对驱动用电容器10B充电的电荷。

(B-2)参照用电容器40用的偏移补偿用信号的产生电路

npn型晶体管Q51的基极与上述的npn型晶体管Q52的基极连接。npn型晶体管Q51的发射极接地。通过该构成，构成了具有npn型晶体管Q52、Q51的电流镜电路。

npn型晶体管Q51的集电极与开关S22的一端连接。开关S22的另一端经由电阻R51而与参照用电容器40的一端连接。

通过该构成，与开关S22的接通控制相应的脉冲状的偏移补偿用信号以恒定电流流动至参照用电容器40。此时，偏移补偿用信号的电流方向相对于上述的电容检测用信号而言为相反方向、即是符号反转信号，所以通过流动该偏移补偿用信号，能够放出由电容检测用信号对驱动用电容器10B充电的电荷。

此时，也可向开关S21、S22提供相同的定时信号PTb。由此，同样能够排出由电容检测用信号对驱动用电容器10B以及参照用电容器40充电的电荷。

以上，通过使用本实施方式的构成，从而可以进行稳定的容量控制，并且利用一个参照用电容器40能够将作为驱动用电容器10B也就是可变电容元件的外部连接用的容量Co控制成多个值。由此，无需按每个所期望的容量Co来形成容量控制用的所有电路，从而可以使可变电容元件整体小型化。

此外，在本实施方式中示出了使驱动用电容器10B和参照用电容器40的供给电流之比可变的电路构成，但是如果采用使供给电流一定的构成，则将npn型晶体管QQ61～Q64设为一个，省略pnp型晶体管Q11以及npn型晶体管Q42，来构成npn型晶体管Q41与npn型晶体管Q52的电流镜电路即可。由此，能够使电路进一步简略化。

另外，也可仅省略上述的pnp型晶体管Q11，来构成npn型晶体管Q41和npn型晶体管Q52的电流镜电路，通过使开关S21的接通时间与开关S22的接通时间不同地控制，从而也能够实现使上述的供给电流之比可变的构成。

另外，在本实施方式中，示出了根据向驱动用电容器10B以及参照用电容器40供给的供给电流量来实现对多个电容的控制的例子，但是通过由例如附带开关的并联电容器的阵列等而将参照用电容器40变为可变电容元件，同样地也能够实现向多个电容的控制。这种情况下，例如将上述的npn型晶体管Q61～Q64设为一个，以可变的方式控制可变电容元件的容量。并且，也可根据所设定的可变电容来进行开关S21、S22的接通时间控制。

而且，也能够将npn型晶体管Q61～Q64设为一个，参照用电容器40也保持一个的状态下，由开关S11、S12的接通控制时间来进行多个容量的检测。这种情况下，根据开关S11、S12的接通控制时间来设定开关S21、S22的接通控制时间即可。

另外，在上述的各实施方式中，示出了在电容检测用信号产生部30、偏移补偿用信号产生部60的输出端具备电阻(电阻31C、31D、61C、61D及与其相当的图8的电阻R31、R32、R41、R51)的构成，但是也可省略这些电阻。并且，通过省略这种电阻，从而驱动用电容器10B以及参照用电容器40的元件电压的变化更呈现直线状。由此，可以进一步实现高速的电路响应。

另外，在上述说明中示出了具备定时产生电路70的构成，例如也可检测电容检测用信号产生部30的输出端的电流变化，以该电流变化作为触发，来使偏移补偿用信号产生部60、采样保持电路80、80C、80D动作。

另外，在上述说明中，以基于静电驱动的可变电容元件为例进行了说明，但是也能够将上述的容量控制适用于基于使用了压电体的压电驱动的可变电容元件。

另外，在上述说明中，示出了将可动板设定为高电阻的硅基板并在该基板表面形成第2驱动用电极及第2可变电容形成用电极的例子，但是即便是用低电阻硅等形成可动板整体的构成，也能够适用上述的容量控制。

符号说明：

1、1A、1B、1C、1D、1E-可变电容元件；10-MEMS机构部；10A-外部连接电容器；10B-驱动用电容器；101-固定板；102-可动板；103-固定部；111-第1驱动用电极；112-第1可变电容形成用电极；121-第2驱动用电极；122-第2可变电容形成用电极；20-驱动电压产生部；30-电容检测用信号产生部；40-参照用电容器；50-比较器；60-偏移补偿用信号产生部；70-定时产生电路；80、80C、80D-采样保持电路；90-检测用信号设定部；21C、21D、31C、31D、61C、61D-电阻。

Claims (5)

1.一种可变电容元件，具备：

固定板，其具备第1驱动用电极以及第1可变电容用电极；

可动板，其具备与所述第1驱动用电极对置的第2驱动用电极以及与所述第1可变电容用电极对置的第2可变电容用电极；和

驱动电压施加部，其向所述第1驱动用电极以及所述第2驱动用电极施加驱动电压，

所述可变电容元件的特征在于，具备：

参照用电容，其具有规定的容量；

电容检测用信号产生部，其向由所述第1驱动用电极以及所述第2驱动用电极构成的驱动电容部、所述参照用电容施加电容检测用脉冲信号；和

电压变化比较部，其比较由所述电容检测用脉冲信号引起的所述驱动电容部的电压变化和所述参照用电容的电压变化，并输出比较结果，

所述驱动电压施加部基于所述比较结果来调整所述驱动电压。

2.根据权利要求1所述的可变电容元件，其特征在于，

所述可变电容元件具备：偏移补偿用信号产生部，其向所述驱动电容部以及所述参照用电容施加符号与所述电容检测用脉冲信号不同的补偿用信号。

3.根据权利要求2所述的可变电容元件，其特征在于，

所述可变电容元件具备：定时产生部，其向所述电容检测用信号产生部和所述偏移补偿用信号产生部提供施加的定时信号，

所述电容检测用信号产生部和所述偏移补偿用信号产生部根据定时信号来进行各信号的施加。

4.根据权利要求3所述的可变电容元件，其特征在于，

在所述电压变化比较部的输入侧或者输出侧具备采样保持电路，

所述定时产生部向所述采样保持电路提供保持定时，

所述采样保持电路基于所提供的保持定时来进行采样保持。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的可变电容元件，其特征在于，

所述可变电容元件具备：电流比调整部，其调节向所述驱动电容部和所述参照用电容提供的电流比。