JP2003092524A - 電気的に結合されたメカニカルバンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】PIRMメモリアレイのアクセスに適した電気機械
式バンドパスフィルタを提供する。 【解決手段】本発明による、基板(36)上に製作された、
電子的に結合した機械式バンドパスフィルタは、第１及
び第２の質量体(32,38)を備えており、その各々の質量
体は、基板(36)及び他方の質量体に対して同じ方向に独
立して移動可能になっている。第１のばね要素(33)の一
端は基板(36)に、他端は第１の質量体(32)に取り付けら
れている。第２のばね要素(39)の一端は第１の質量体(3
2)に、他端は第２の質量体(38)に取り付けられている。
入力変換器(40,42)が、入力周波数を受信し、第１の質
量体(32)に対してその移動方向に力を加えるために設け
られる。この力は、入力周波数を表している。出力変換
器(48,49)は、第１及び第２の質量体(32,38)に関連付け
られて、第１の質量体(32)と第２の質量体(38)の間の相
対運動を表す出力周波数を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はバンドパスフィルタ
の分野に関する。より詳細には、本発明は、メモリアレ
イ内の多重化されたアドレスシステムにおいて用いるた
めの、電気的に結合されたメカニカル（機械式）バンド
パスフィルタに関する。 【０００２】 【従来の技術】持ち運び可能なコンシューマ装置は、益
々精巧になってきており、益々大量のデジタルデータを
よりコンパクトなサイズで生成し、及び／または利用す
るための構造を必要としつつある。デジタルカメラのよ
うなデジタル装置では、少なくとも数百ＭＢ（メガバイ
ト）のデータ記憶装置をカメラに内蔵するか、あるいは
取り付け可能にすることが必要になる場合がある。この
タイプのデータ記憶の応用形態の要件を満足するため
に、将来の記憶メモリは、比較的低コストで、非常にコ
ンパクトで、約１００ＭＢ〜１ＧＢ（ギガバイト）の十
分な容量を持たなければならない。また、記憶メモリは
低電力消費、すなわち消費電力が１Ｗ未満であり、比較
的強固な物理的特性を有し、持ち運び可能なバッテリで
駆動される動作環境に対応できる必要がある。 【０００３】永久記憶装置の場合、データを一度だけメ
モリに書き込みさえすればよい。メモリは、短いアクセ
ス時間、すなわちミリ秒オーダーのアクセス時間と、２
ＭＢ／秒のような適度な転送速度を有することが好まし
い。記憶メモリは、様々な業界標準のプラットフォーム
およびモジュールとインターフェースできることが好ま
しい。 【０００４】この要求を満足するための１つの適用形態
は、ライトワンス交点メモリ素子を利用することであ
る。交点メモリアレイでは、メモリ素子のマトリクスが
形成され、各素子は直列に接続されるヒューズあるいは
アンチヒューズおよびダイオードを含む。メモリ素子
は、直交する導線間または電極間に配置される複数の半
導体および絶縁層によって形成される。 【０００５】ライトワンス交点メモリアレイを用いて、
持ち運び可能な装置において高密度の永久記憶用記憶装
置を提供するための１つの適用形態が、２００１年６月
５日に出願された「Write-Once Memory」というタイト
ルの同時係属中の米国特許出願第０９／８７５，３５６
号に記載されている。尚、この出願の開示内容は参照に
より本明細書に組み込まれる。その出願で開示されてい
るメモリシステムは、持ち運び可能で廉価で堅牢なメモ
リ（portable inexpensive rugged memry：ＰＩＲＭ）
と呼ばれ、永久記憶用記憶装置のために、大容量のライ
トワンスメモリを低コストで提供する。これは、部分的
には、シリコン基板を用いずに、プロセスの複雑性を最
小限に抑え、面密度を小さくすることにより達成され
る。このメモリシステムは、薄膜プラスチック基板上に
構成された積層化された集積回路層から形成されるメモ
リモジュールを含む。各層は、交点ダイオードメモリア
レイを含む。アレイに格納されたデータの読取りは、メ
モリモジュールから離れた個別の集積回路から実行され
る。 【０００６】ＰＩＲＭメモリは比較的廉価であるので、
ユーザは多数のＰＩＲＭモジュールを購入して、それに
様々なコンテンツを記録するであろう。精度に関する要
件を最小限に抑えるとともに、情報の記憶密度を最大に
し、かつアドレス指定、読出しおよび書込み機能を簡略
化する、簡単で、かつ比較的低コストのプロセスによっ
て、メモリモジュールを製造し、アセンブルできること
が重要である。 【０００７】ＰＩＲＭメモリシステムを実装するための
おそらく最も低コストの方法は、コントローラおよび他
の再利用可能な電子装置が、コンシューマ製品に内蔵さ
れるか、あるいはメモリカードスロット内に挿入される
アダプタ内に備えられるかのいずれかの形態のシステム
である。ＰＩＲＭメモリモジュールは、所有権で保護さ
れたインターフェースを介してコントローラに接続され
るであろう。そのようなシステムにおける主な問題点
は、コントローラとメモリモジュールとを接続するため
の装置が、多数、すなわち、約１２０個以上の接続を含
み、従って、コンパクトで高密度のメモリ素子を形成す
るには極めて困難な課題を伴うことである。したがっ
て、メモリアレイへの外部接続の数を低減するために、
時分割あるいは周波数分割多重化のようなアドレス多重
化が必要とされる。 【０００８】周波数分割多重化を用いて、メモリ素子と
の相互接続を大幅に少なくするためのシステムが、２０
０１年６月２９日に出願された「Method For Reducing
theNumber of Interconnections to PIRM Memory Modul
e」というタイトルの同時係属中の米国特許出願第０９
／８９４，１４３号に記載されている。そのシステムで
は、メモリ素子のアドレスは、１つの入力／出力線上で
多数のメモリアドレスを表すために、所定の周波数スペ
クトル上に拡散される。そのようなシステムを使用する
ためには、割り当てられた周波数に従ってアドレスを分
離するための手段によって、複数のアドレスをアクセス
しなければならない。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、ＰＩＲＭメモリ素子の種々のアドレスの各々に
固有の周波数に従ってそれらのアドレスにアクセスでき
るようにするためのバンドパスフィルタシステムを提供
することである。このバンドパスフィルタは、比較的狭
い周波数スペクトル内に多数のアドレスを保持するため
に、周波数の小さな変動を検知するのに十分に高い感度
を持たなければならない。さらに、そのようなバンドパ
スフィルタは非常に小さく（μｍの範囲）、薄膜のロー
ルツーロールプラスチック基板上に容易に構成され、及
び、その基板上の他の小さなＰＩＲＭタイプの素子と相
互作用することができるものでなければならない。 【００１０】ＰＩＲＭ環境では、高い電力消費が許容さ
れないので、ＲＣバンドパスフィルタは適さない。ま
た、そのようなフィルタは、２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ
（ディケード）の減衰率を有しているが、これではあま
りに減衰が小さすぎて、ＰＩＲＭメモリアレイをアドレ
ス指定するために必要とされる所与の周波数スペクトル
上に必要な数の信号を提供することができない。トラン
ジスタ素子を用いるアクティブフィルタではおそらくコ
ストがかかりすぎるであろう。ＰＩＲＭのためにＬＣＲ
フィルタを設計することはできるが、廉価でコンパクト
なインダクタの製造は困難であり、実際には実現不可能
であると思われる。 【００１１】上記の問題に対する解決法は、機械作動式
のバンドパスフィルタを利用することである。電気機械
式バンドパスフィルタの一例が、米国特許第３，８０
３，５２１号（Ｈｅｔｚｅｌ）に示されている。この例
では、所望の周波数をフィルタリングするために、電気
磁気変換器を用いて、電気エネルギーを機械エネルギー
に、あるいはその逆に変換する。静電式電気機械共振器
を用いる別の応用形態が米国特許第３，６８６，５９３
号（Ｚａｋａｒｉａ）に示されており。この例では、振
動するリードが、そのリードと出力電極との間の静電気
力によって駆動され、その出力が、リードと出力電極と
の間のキャパシタンスの変化によって表される。Ｈｅｔ
ｚｅｌおよびＺａｋａｒｉａのシステムはいずれも１９
７０年代に設計されたものであり、ＰＩＲＭのような現
在の技術からすれば、明らかに時代遅れになっている。
さらに、Ｚａｋａｒｉａの回路は、出力信号を生成する
ために、コンデンサ間の空隙の変化を利用する。このア
プローチでは結果として、力と変位との間の関係が非線
形になり、安定して動作させるのが難しくなる。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、ＰＩＲＭメモ
リアレイに用いるための電気機械式バンドパスフィルタ
を提供する。本発明のシステムは、超小型電気機械シス
テム（ＭＥＭＳ）技術を用いて、電気的に結合されたマ
イクロ共振器をフィルタとして利用する。この場合、多
数の超小型原動機が１枚の基板上に形成される。本発明
のシステムは、先鋭な周波数ロールオフ、典型的には４
０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅと、非常に高いインピーダンスと
を有し、集積回路を含まない、簡単で、低温で、低コス
トのプロセスにおいて実装することができる狭帯域バン
ドパスフィルタを提供する。本発明は、非常に小さな電
力消費と、帯域外において高い減衰率とを有し、さらに
プラスチック基板に適した簡単な製造技術を利用するこ
とにより、ＰＩＲＭ技術の基本的な要求を満たすもので
ある。 【００１３】本発明の一実施形態では、基板上に形成さ
れた、電気的に結合されたメカニカルバンドパスフィル
タは、第１および第２の質量体を含み、各質量体は、基
板および他方の質量体に対して好ましくは少なくとも一
方向に独立して移動可能である。第１のばね要素は、そ
の一端が基板に取り付けられ、他端が第１の質量体に取
り付けられる。 【００１４】第２のばね要素は、一端が第１の質量体に
取り付けられ、他端が第２の質量体に取り付けられる。
入力周波数を受信し、入力される力を第１の質量体に加
えるための入力変換器が設けられる。この入力される力
は第１の質量体が動く方向に力の成分を有し、またこの
入力される力は入力周波数によって影響を受ける（また
は、入力される力は入力周波数によって決定される）。
第１の質量体と第２の質量体との間の相対的な動きによ
って影響を受ける出力周波数を与えるための出力変換器
が、第１および第２の質量体に関連付けられる。 【００１５】本発明の別の実施形態は、それぞれ少なく
とも一方向に独立して移動可能な第１および第２の質量
体と、第１および第２のばね要素とともに共通の基板上
にある発振器の周波数をバンドパスフィルタでフィルタ
リングする方法を含む。第１のばね要素の一端は第１の
質量体に接続され、第１のばね要素の他端は基板に接続
される。第２のばね要素の一端は第１の質量体に接続さ
れ、第２のばね要素の他端は第２の質量体に接続され
る。入力された力は第１の質量体に加えられ、その入力
された力は第１の質量体が動く方向に成分を有する。入
力された力は、入力変換器によって与えられる入力周波
数によって影響を受ける。第１の質量体と第２の質量体
との間の相対的な動きによって影響を受ける出力周波数
は、第１および第２の質量体に関連付けられる出力変換
器を用いて生成される。 【００１６】本発明の他の態様および利点は、添付の図
面を参照して本発明の原理を例示的に説明する、以下の
詳細な説明から明らかになるであろう。 【００１７】 【発明の実施の形態】図１は、本発明の好ましい実施形
態の電気機械式バンドパスフィルタ１０の構成要素の関
係を示す概略図である。 【００１８】バンドパスフィルタによるフィルタリング
は、図示のように、第１のばね要素１６によって基板１
２に接続された第１の質量体１４から構成される、二次
の機械（メカニカル）システムによって実行される。第
２の質量体１８は、第２のばね要素２０によって第１の
質量体１４に接続される。質量体１４および１８は、基
板１２に対して少なくとも１つの共通の方向２１に自在
に移動する。 【００１９】メカニカル（機械式）フィルタシステム１
０への入力は、共通方向２１において第１の質量体１４
に加えられる周期的な力２２である。力２２は、可変の
入力周波数を受信して、それを入力周波数に対応する可
変の出力される力２２に変換する従来の静電変換器（図
示せず）によって加えられるのが好ましい。 【００２０】メカニカルフィルタシステム１０からの出
力は、質量体１４と質量体１８との間の距離２６の変化
に基づく。この出力は、距離ｘの変化を電気的な出力信
号に変換する従来の静電変換器（図示せず）によって検
出される。 【００２１】動作時、非常に低い周波数では、質量体１
４はｘ方向（例えば、紙面右方向）にゆっくりと移動す
る。質量体１８が質量体１４に呼応して移動する結果、
質量体間の距離２６は変化せず、出力信号は０である。
非常に高い周波数におけるスペクトルの他端では、質量
体１４の慣性が力２２に勝り、質量体１４、それゆえ質
量体１８も移動しない。したがって、高い周波数でも出
力信号は０である。中間の周波数では、質量体１８は質
量体１４に対して遅れる傾向があり、このため質量体間
に相対的な動きが生じ、距離２６が変化する。したがっ
て出力信号が生成される。その内部で有意の出力信号が
生成されるような境界部が通過帯域を画定し、出力信号
が通過帯域のいずれかの側に入る度合いは、本明細書に
記載する種々の要因によって制御され、通過帯域周波数
窓の形状を画定する。 【００２２】１つの好ましい実施形態では、電気信号が
静電的にバンドパスシステムに結合される。必要な結合
を提供する多くの実現可能な電極構造が存在する。第１
の質量体が移動し、それが、メカニカルバンドパスフィ
ルタシステムの他の動きにより変化を受けないとき、入
力は、導体および誘電体からなる任意の構成によってシ
ステムに結合され、それによりキャパシタンスが変化す
る。同様に、出力信号は誘電体および導体からなる構成
によって与えられ、２つの質量体間の相対的な動きに応
答してのみキャパシタンス（静電容量）が変化する。 【００２３】代替的には、本発明の範囲内で、静電結合
の他に、他の電子的結合機構を実施することもできる。
たとえば、入力あるいは出力、もしくはその両方におい
て圧電変換器を用いることができ、結果として、圧電変
換器にかかる歪に比例する信号が、入力に加えられ、及
び／または出力において生成される。別の代替の実施形
態は、変換器としてエレクトレットを使用し、それによ
り、エレクトレットに電界がかけられると、入力あるい
は出力信号に影響を与える電荷が材料上に捕捉される。 【００２４】図２に、本発明に従うバンドパスフィルタ
３０の構成要素の実施形態を概略的に示す。前述したよ
うに、質量体３２は、ばね３３を介して基板３６に結合
され、少なくともｘ方向に動きの範囲を有する。質量体
３８は、ばね３９によって質量体３２に結合され、この
場合も、少なくともｘ方向に動きの範囲を有する。質量
体３２および３８は、特定の透磁率（ε）（または誘電
率）を有する誘電体材料から形成される。入力信号Ｖ_ｉ
は、固有のキャパシタンスを有する質量体３２に電気板
（電気プレート）４２によって結合される発振器４０
（電気板４２と発振器４０とで入力変換器を構成する）
によって生成され、それにより質量体３２およびばね３
３の慣性にうち勝つことができる力を加え、結果とし
て、質量体３２がｘ方向に移動する。ユニット４４（Ｃ
_１）は、質量体３２に対するシステムの減衰要素を表
す。 【００２５】質量体３２の動きは、ばね３９を介して質
量体３８に伝達され、結果として、質量体３８がｘ方向
に移動する。出力装置４７は、質量体３８のキャパシタ
ンスと相互作用する電気板４８を含む。出力装置４７に
対して質量体３８が動くことにより、バッテリー４９に
よって生成されるバッテリー電圧Ｖ_Ｂが変化し、それに
より、電気板４８間に周期的な出力電圧Ｖ_Ｏが生成され
る（電気板４８とバッテリー４９とで出力変換器を構成
する）。質量体３２は、機械式リンク３４を介して出力
装置４７にしっかりと結合されており、その結果、出力
装置４７は、質量体３２と同等の動きを行う。ユニット
４４（Ｃ_２）は、質量体３８に対するシステムの減衰要
素を表す。 【００２６】したがって、質量体３８が質量体３２に対
して、ひいては出力装置４７に対して動くと、出力信号
Ｖ_Ｂの変化のみが生成される。 【００２７】図２に示すシステムの場合の、メカニカル
（機械式）システムの動きを表す式は以下の通りであ
る。 【００２８】 【数１】 【００２９】この場合、質量体３２（Ｍ_１）に作用する
力Ｆ_１は、以下のように、簡単な静電場理論から導出す
ることができる。 【００３０】 【数２】 【００３１】ここで、εは隙間内の材料の透磁率（また
は誘電率）であり、ε_０は自由空間の誘電率であり、ｗ
は紙面内に向かう方向の幅であり、ｄは板４２間あるい
は板４８間の空隙である。 【００３２】Ｆ_２およびＶ_Ｏの計算は、板４８のキャパ
シタンスを介して結合される。保存系の場合は、 ｄＵ＝Ｖｄｑ−ｆｄξ （４）ξ＝Ｘ_２−Ｘ_１（質量体の相対変位） である。 【００３３】Ｖの変化が小さいものと仮定し、上式を時
間の関数として表すと、以下のようになる。 【数３】 【００３４】ここで、Ｖ＝Ｖ_Ｏ−Ｖ_Ｂであり、Ｖ_Ｏ＝ｉ
Ｒであるので、 【数４】 と表すことができる。 【００３５】式（１）、（２）、（３）および（６）で
表される電気機械式システムの動きは、それらの式を積
分することにより、加えられる入力電圧Ｖ_ｉおよび一定
のバッテリー電圧Ｖ_Ｂに対する時間の関数として与えら
れる。この場合、出力電圧Ｖ _Ｏは、式（５）にξ＝Ｘ_２
−Ｘ_１（式（４））を代入することにより計算すること
ができる。 【００３６】式（３）に示すように、質量体３２に加え
られる力Ｆ_１は、入力コンデンサ４４に印加される電圧
Ｖ_ｉの二乗に相当する。したがって、質量体３８は、発
振入力周波数の２倍の周波数で駆動される。上記のよう
に、電圧出力Ｖ_Ｏは、質量体３２と３８との間の相対速
度に比例するので、出力Ｖ_Ｏも入力周波数の２倍で応答
する。これは、以下で説明するように、通過帯域プロフ
ァイルに影響を及ぼす、バンドパスフィルタに対する逓
倍因子を与える。 【００３７】フィルタの通過帯域は、システムの機械的
な共振によって決定される。質量体３２と３８とが等し
いシステムの場合、ばね要素３３および３９の剛性は同
じであり、減衰の効果は小さく、通過帯域は以下の式に
よって決定される。 【００３８】 【数５】 【００３９】ここで、Ｆ_０は、サイクル／秒単位での出
力周波数であり、ｋは、ニュートン／メートル（Ｎ／
ｍ）単位での第１および第２のばね要素それぞれの剛性
であり、ｍは、ｋｇ単位での第１および第２の質量体そ
れぞれの質量である。 【００４０】質量およびばねの剛性は変更される場合が
あり、フィルタの仕様に応じて、２つの質量体は所与の
異なる重さである場合があり、２つのばねは異なる剛性
特性を有する場合があることを理解されたい。さらに、
バンドパスフィルタは、印加される電圧に応じて構成要
素の剛性または質量を変化させる他の静電要素を追加す
ることにより電気的にプログラム可能にすることもでき
る。当業者であれば、質量およびばね剛性が同じでない
場合には、出力周波数を決定するためにさらに一般的な
式を導出することができる。 【００４１】１つの代替形態は、剛性が引張荷重の３乗
で増加するように、引張力をビームばね（beam sprin
g、ビームスプリング）に加えることである。別の変形
形態は、静電的なクランプを加えることにより変更され
る有効長を有する片持ちばねを設けることである。この
場合、その剛性は有効長の３乗に比例する。通過帯域の
平坦性は、システムの固有周波数（固有振動数）の間隔
と、機械系の減衰とによって決定される。典型的には、
面内振動に対する静電共振器のＱを３０のオーダーにす
ることができる。 【００４２】図２に示すシステムでは、質量体３２およ
び３８は誘電体材料から形成されるものと想定されてい
た。その場合、式（３）は、生成される力が、質量体の
透磁率（ε）（または誘電率）、自由空間（空気）の透
磁率（ε_０）（または誘電率）、コンデンサ板の幅
（ｗ）およびコンデンサ板間の距離（ｄ）の関数である
ことを示している。すなわち、係数（Ｖ_ｉ ^２／２）を無
視すれば、 【００４３】（８）Ｆ_ｘ＝（ε−ε_０）ｗ／ｄ が成り立つ。 【００４４】代替形態として、質量体が導体である場合
には、重要な空隙は板４２または４８の間の空間（ｄ）
になり、自由空間の透磁率（または誘電率）のみが考慮
される。したがって、生成される力の式は以下のように
なる。 【００４５】（９）Ｆ_ｘ＝ε_０ｗ／ｄ 【００４６】図３に、本発明のバンドパスフィルタの別
の好ましい実施形態のシステム５０を示す。システム５
０は、入力段５２と、出力段５４とを有する。入力段で
は、質量体５６（Ｍ_１）が、ばね要素６０（Ｋ_１）によ
って基板５８に固定される。表面駆動発振器（surface
drive oscillator）６２は、質量体５６のいずれか一方
の側のコンデンサ板５３（図には一方の側のみのものが
示されている）を介して、入力段５２に入力周波数を供
給する。出力段５４は、質量体５６および質量体６６
（Ｍ_２）から交互に差し込まれた歯状部から形成される
櫛形駆動部６４を含む。質量体６６は、ばね要素６８
（Ｋ_２）によって質量体５６に接続される。ばね要素６
０および６８は、１つの製造プロセスにおいて質量体５
６および６６とともに形成される板ばね可撓体であるこ
とが好ましい。 【００４７】このシステムでは、質量体５６および６６
は導体であるものと想定されており、結果として式
（９）が当てはまる。ここで、入力される力に対する重
要な空隙（ｄ）は入力電極間の空間である。式（９）を
用いて出力される力を計算するための重要な空隙（ｄ）
は、櫛形駆動部６４の歯の間または（インターディジタ
ル構造の）組み合わされた指状部の間の隙間にその組み
合わされた指状部の数を掛け合わせた値であり、ｗは紙
面内に向かう方向のその指状部の幅である。 【００４８】出力電圧Ｖ_Ｏは、バッテリー電圧Ｖ_Ｂと直
列に、質量体５６と６６との間に接続された抵抗７２間
で得られる。櫛形駆動部６４は、質量体５６と６６との
間の可変コンデンサとして機能し、質量体が互いに対し
て方向７０に移動する際にキャパシタンスを変化させ
る。この櫛形駆動部６４のキャパシタンスの変化によっ
て、抵抗７２にかかる出力電圧Ｖ_Ｏが変化する。したが
って、所望の周波数帯内の周波数を有する出力電圧が生
成される。 【００４９】前述したように、出力電圧Ｖ_Ｏの周波数
は、入力周波数の２倍に比例する。したがって、入力周
波数は、入力周波数の２倍の周波数が所望の出力周波数
になるように選択される。 【００５０】図４を参照すると、通過帯域の外側の減衰
は、２つの質量体の相対的な位置に対して、４０ｄＢ／
ｄｅｃａｄｅに漸近的に近づく。システムの電気的な出
力は、２つの質量体の相対速度に比例する。それゆえ、
入力電圧から出力電圧への伝達関数は、グラフに示され
るように、６０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの傾斜で通過帯域内
に入り（８０）、２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅで通過帯域を
出る（８２）。同様に、入力電流から出力電流への伝達
関数は、２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅで通過帯域に入り、６
０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅで出る。したがって、通過帯域プ
ロファイルは対称ではないが、これは、いくつかの用途
においては望まれるものである。 【００５１】伝達関数の対称性を改善するためにいくつ
かの解決法がある。１つの解決法は、フィルタの前面に
おいて、通過帯域内の中央にカットオフを有する受動Ｒ
Ｃローパスフィルタまたは受動ＲＣハイパスフィルタを
追加することである。機械式共振器に入力される際に入
力電圧は二乗されるので、この解決法を用いて、図５に
示すように、通過帯域の入力側８４および出力側８６の
両側において、フィルタに対称な６０ｄＢ／ｄｅｃａｄ
ｅのロールオフを与えることができる。この通過帯域プ
ロファイルは理想的であるが、ＲＣフィルタを追加する
ことにより、システムに許容できない電力消費が加わ
る。 【００５２】この応用形態では、フィルタを用いて、信
号が統合されている共通ラインからそれらの信号を抽出
する。信号は既知の制御可能な入力であるため、それら
の振幅をスケーリングして所望の出力信号を形成するこ
とができる。入力振幅が周波数の平方根でスケーリング
される場合には、そのライン上に他の雑音源がないもの
と仮定すると、信号は対称的に弁別されることになり、
結果として、そのフィルタは、通過帯域外の入力９０に
おけるロールアップと、出力９２におけるロールオフが
いずれも４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの対称的な傾斜を有す
る。白色雑音がある場合には、それは、非対称にフィル
タリングされるであろう。しかしながら、電力消費は、
受動フィルタを追加する場合よりはるかに小さくなるで
あろう。 【００５３】ここで、入力周波数の平方根 【数６】 によって入力を予めスケーリングすることにより、なぜ
有効バンドパス周波数応答が対称になるかについて説明
する。フィルタの伝達関数が変更されない場合、通過帯
域内に向かって＋６０ｄＢ／ｄｅｃで傾斜し、−２０ｄ
Ｂ／ｄｅｃの傾斜で通過帯域を出る。この伝達関数に、 【数７】 を掛けると、周波数スペクトル全体にわたって２０ｄＢ
／ｄｅｃだけ振幅が減少することになり、これにより、
バンドパスフィルタ応答は、＋４０ｄＢ／ｄｅｃの傾斜
で通過帯域に入り、−４０ｄＢ／ｄｅｃの傾斜で通過帯
域を出るようになる。これは、通過帯域プロファイルを
対称にするための所望の対称な周波数応答である。入力
信号はわかっており、制御可能であるため、この効果を
達成するために、それらの振幅を、 【数８】 に比例する係数で予めスケーリングすることができる。
前述したように、出力電圧の振幅は、入力電圧振幅の二
乗に依存する。すなわち、 【数９】 である。ただし、Ｖ_Ｏは出力振幅であり、Ｖ_ｉは入力振
幅であり、Ｆ（ω）は伝達関数の周波数依存部分であ
る。入力を、 【数１０】 だけ予めスケーリングすることにより、伝達関数をωの
係数で除算するという次式で表される所望の効果が生じ
る。 【００５４】 【数１１】 【００５５】図６は、上記のシステムについてシミュレ
ートした周波数応答を示す。入力前置フィルタを形成す
るために、受動部品は追加されていないものと仮定する
と、入力インピーダンスは、メカニカルシステムを作動
させるために用いられる櫛形あるいは表面駆動構造のキ
ャパシタンスによるものがほとんどを占めることにな
る。これらの構造はおそらく、ｐＦ（ピコファラド）以
下のキャパシタンスを有することになるであろう。 【００５６】本発明のバンドパスフィルタの別の有用な
特徴は、入力回路と出力回路とを電気的に完全に絶縁で
きることである。入力と出力の電気回路は完全に分離さ
れる。フィルタの実際の実施形態は、図３に示すよう
に、共通の導電性基板を用いて、入力および出力コンデ
ンサの両方の一部を形成する場合には、入力と出力を電
気的に結合することができる。しかしながら、これは設
計上の選択事項であり、本発明の概念を制限するもので
はない。 【００５７】上記の実施形態は本発明の典型的なもので
あるが、当業者には、本明細書および特許請求の範囲を
検討することにより、あるいは開示した本発明の実施形
態を実施することにより、他の実施形態も明らかになろ
う。本明細書で開示した仕様及び実施形態は例にすぎ
ず、本発明は特許請求の範囲およびその等価物によって
画定されるべきものである。 【００５８】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．基板上に製作される、電気的に結合したメカニカル
バンドパスフィルタであって、第１及び第２の質量体
（３２、３８）であって、前記各質量体は、前記基板
（３６）及び、他方の質量体に対して、ある移動方向に
独立して移動することが可能であることからなる、第１
及び第２の質量体と、一端が前記基板（３６）に取り付
けられ、他端が前記第１の質量体（３２）に取り付けら
れる第１のばね要素（３３）と、一端が前記第１の質量
体（３２）に取り付けられ、他端が前記第２の質量体
（３８）に取り付けられる第２のばね要素（３９）と、
入力周波数を受信し、かつ前記第１の質量体（３２）に
入力される力を加えるための入力変換器（４０、４２）
であって、前記入力される力は、前記第１の質量体（３
２）の移動方向に力の成分を有しており、前記入力され
る力は、前記入力周波数により影響を受ける（または支
配される）ことからなる、入力変換器と、前記第１の質
量体（３２）と前記第２の質量体（３８）との相対的な
動きにより影響を受ける（または支配される）出力周波
数を提供するために、前記第１および前記第２の質量体
（３２、３８）に関連付けられる出力変換器（４８、４
９）とを備える、メカニカルバンドパスフィルタ。 ２．前記第１および前記第２の質量体（５６、６６）
は、交互に配置された歯状部を有する櫛形駆動部（６
４）を備え、前記第１の質量体（５６）と前記第２の質
量体（６６）との間の動きが、前記櫛形駆動部（６４）
のキャパシタンスの変化によって決定されることからな
る、上項１に記載のバンドパスフィルタ。 ３．前記入力変換器（４０、４２）は、前記入力周波数
を生成するための発振器（４０）を備え、前記発振器
（４０）は、前記入力周波数に対して前記第１の質量体
（３２）を移動させるために、前記第１の質量体（３
２）に容量的に結合されることからなる、上項１に記載
のバンドパスフィルタ。 ４．前記出力変換器（４８、４９）は、前記出力周波数
を生成するために、前記第１の質量体（３２）に機械的
に連結され、かつ、前記第２の質量体（３８）に容量的
に結合される電気的な出力要素（４２）を備えることか
らなる、上項３に記載のバンドパスフィルタ。 ５．前記入力変換器（４０、４２）は、前記出力変換器
（４８、４９）から電気的に分離される、上項１に記載
のバンドパスフィルタ。 ６．前記入力周波数の振幅が、前記入力周波数の平方根
でスケーリングされる、上項１に記載のバンドパスフィ
ルタ。 ７．第１および第２の質量体（３２、３８）、及び、第
１および第２のばね要素（３３、３９）と共通の基板
（３６）上にある発振器（４０）の周波数をフィルタリ
ングする方法であって、前記各質量体は少なくとも一方
向に独立して移動可能であり、前記第１のばね要素（３
３）の一端を前記第１の質量体（３２）に接続し、前記
第１のばね要素（３３）の他端を前記基板（３６）に接
続するステップと、前記第２のばね要素（３９）の一端
を前記第１の質量体（３２）に接続し、前記第２のばね
要素（３９）の他端を前記第２の質量体（３８）に接続
するステップと、入力変換器（４０、４２）によって与
えられる入力周波数によって影響される（支配され
る）、入力される力を前記第１の質量体（３２）に加え
るステップであって、前記入力される力は前記第１の質
量体（３２）の動きの方向に成分を有することからな
る、ステップと、前記第１および前記第２の質量体（３
２、３８）に関連付けられた出力変換器（４８、４９）
を用いて、前記第１の質量体（３２）と前記第２の質量
体（３８）との相対的な動きによって影響される（支配
される）出力周波数を生成するステップを含む、方法。 ８．前記入力周波数が、入力発振器（４０）によって生
成される上項７に記載の方法であって、前記入力周波数
に対して前記第１の質量体（３２）を移動させるため
に、前記第１の質量体（３２）に前記発振器（４０）を
容量的に結合するステップをさらに含む、方法。 ９．前記出力周波数を生成するために、前記第１の質量
体（３２）に前記出力変換器（４８、４９）を機械的に
連結するステップと、前記第２の質量体（３８）に前記
出力変換器（４８、４９）を容量的に結合するステップ
をさらに含む、上項７に記載の方法。 １０．前記入力周波数の平方根で前記入力周波数の振幅
をスケーリングするステップをさらに含む、上項７に記
載の方法。 【００５９】本発明の概要は次のようである。本発明
は、PIRMメモリアレイに用いる電気機械式バンドパスフ
ィルタを提供する。本発明のシステムは、静電気的に結
合されたマイクロ共振器をフィルタとして使用するが、
この場合、単一の基板に多数のマイクロ原動機を製作す
るマイクロ電気機械式システム(MEMS)技術を用いる。本
発明のシステムによれば、典型的には４０ｄＢ／ディケ
ードの急峻な周波数ロールオフ、及び非常に高いインピ
ーダンスを有する狭帯域バンドパスフィルタが提供され
る。このフィルタは、集積回路を必要としない、単純
で、低温かつ廉価なプロセスによって製作することがで
きる。基板(36)上に製作された、電子的に結合した機械
式バンドパスフィルタは、第１及び第２の質量体(32,3
8)を備えており、その各々の質量体は、基板(36)及び他
方の質量体に対して同じ方向に独立して移動可能になっ
ている。第１のばね要素(33)の一端は基板(36)に、他端
は第１の質量体(32)に取り付けられている。第２のばね
要素(39)の一端は第１の質量体(32)に、他端は第２の質
量体(38)に取り付けられている。入力変換器(40,42)
が、入力周波数を受信し、第１の質量体(32)に対してそ
の移動方向に力を加えるために設けられる。この力は、
入力周波数を表している。出力変換器(48,49)は、第１
及び第２の質量体(32,38)に関連付けられて、第１の質
量体(32)と第２の質量体(38)の間の相対運動を表す出力
周波数を提供する。 【００６０】 【発明の効果】本発明によれば、ＰＩＲＭメモリ素子の
種々のアドレスの各々に固有の周波数に従って、それら
のアドレスにアクセスできるようにするためのバンドパ
スフィルタシステムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の好ましい実施形態による電気機械式バ
ンドパスフィルタの構成要素の関係を示す概略図であ
る。 【図２】図１に概略的に示した本発明の好ましい実施形
態を示す簡略化した回路図である。 【図３】図１に概略的に示した本発明の別の好ましい実
施形態を示す概略図である。 【図４】本発明の好ましい実施形態によるバンドパスフ
ィルタ応答のグラフである。 【図５】本発明の好ましい実施形態によるバンドパスフ
ィルタ応答のグラフである。 【図６】本発明の好ましい実施形態によるバンドパスフ
ィルタ応答のグラフである。 【符号の説明】 ３２、３８ 質量体 ３３、３９ ばね ３６ 基板 ４０ 発振器 ４２、４８ 電気プレート ４９ バッテリー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】基板上に製作される、電気的に結合したメ
   カニカルバンドパスフィルタであって、 第１及び第２の質量体（３２、３８）であって、前記各
   質量体は、前記基板（３６）及び、他方の質量体に対し
   て、ある移動方向に独立して移動することが可能である
   ことからなる、第１及び第２の質量体と、 一端が前記基板（３６）に取り付けられ、他端が前記第
   １の質量体（３２）に取り付けられる第１のばね要素
   （３３）と、 一端が前記第１の質量体（３２）に取り付けられ、他端
   が前記第２の質量体（３８）に取り付けられる第２のば
   ね要素（３９）と、 入力周波数を受信し、かつ前記第１の質量体（３２）に
   入力される力を加えるための入力変換器（４０、４２）
   であって、前記入力される力は、前記第１の質量体（３
   ２）の移動方向に力の成分を有しており、前記入力され
   る力は、前記入力周波数により影響を受けることからな
   る、入力変換器と、 前記第１の質量体（３２）と前記第２の質量体（３８）
   との相対的な動きにより影響を受ける出力周波数を提供
   するために、前記第１および前記第２の質量体（３２、
   ３８）に関連付けられる出力変換器（４８、４９）とを
   備える、メカニカルバンドパスフィルタ。