JP4723033B2 - スイッチを駆動する方法および装置 - Google Patents

Description

（優先権）
本出願は、以下の米国仮特許出願からの優先権を主張し、その内容の全体は、参照により本明細書中に援用される：
出願第６０／８７１，６１９号（２００６年１２月２２日出願）
（発明の分野）
本発明は、概してスイッチに関し、より具体的には、本発明はスイッチを制御することに関する。

（発明の背景）
電子デバイスは、しばしば、回路の２つの部分を選択的に接続するために、電子スイッチを用いる。１つのタイプのスイッチは、静止表面上の電気伝導性部分（しばしば「接触」と称される）に交互にタッチする可動アーム（ｍｏｖａｂｌｅ ａｒｍ）である。アームは典型的に、駆動信号に応答して動き、駆動信号は、アームを接触に向けて追いやる。

より高速の回路で動作するためには、概してスイッチが、そのスイッチの接触とのこの接続を最短時間で作ることが望ましい。したがって、多くのスイッチは、接触とのこの接続を最短時間で作る比較的高レベルの信号を用いる。例えば、駆動信号は、最大電圧まで非常に高速で上昇し、微小電気機械（「ＭＥＭＳ」）カンチレバーアームを静止接触に向けて電気的に追いやる。この高速は、望ましくないことに、アームを接触から物理的に跳ね返らせたり、静止接触を形成する前に、振動させたりし得る。

これを受けて、当業者は、より低い強度の信号（例えば、より遅く上昇する信号）を生成するだろう。そのような信号は、跳ね返りの問題を抑制するが、そのような解決策は、望ましくないことに、スイッチを閉じるスピードを低減させる。

（発明の概要）
一実施形態にしたがうと、可動部材と接触とを有するスイッチを駆動する方法は、まず第１のレベルを有する第１の信号を（スイッチに）印加し、そして、第２のレベルを有する第２の信号を（第１の信号を印加した後に）スイッチに印加する。第１のレベルは、第２のレベルよりも大きい。第１および第２の信号の一方または両方が、可動部材を動かし、接触と電気的に接触させる。

可動部材を有するスイッチを駆動する方法は、１つ以上の信号を同時に、連続的に、または重複する時間にわたって印加し得る。一実施形態において、１つ以上の信号は、電圧信号であり得る。一実施形態において、１つ以上の信号は、電流信号であり得る。

一実施形態にしたがうと、駆動信号は、電圧または電流をスイッチに供給する回路によって生成され得る。一実施形態において、電圧出力回路は、第１の時間に第１のレベルを有する電圧信号をスイッチに印加し、第１の電圧信号を印加した後に、第２のレベルを有する電圧信号を印加し、第１および第２のレベルは、それぞれの電圧信号の変化の割合である。

一実施形態において、電流出力回路は、少なくとも１つの電流ソースに接続された電流入力を有するカレントミラーと、スイッチに接続される電流出力とを含む。カレントミラーの出力は、電流ソースとして機能し、スイッチに荷電電流を提供する。電流出力回路は、スイッチに第１のレベルを有する荷電電流の第１の信号を提供し、そして、荷電電流の第１の信号を印加した後に、第２のレベルを有する荷電電流の第２の信号を提供する。

可動部材は、例えば閾値振幅値を受けるときに、接触と電気的に接触するように動く。したがって、例示的な実施形態において、第１の信号は、閾値振幅値よりも小さい最大振幅を有し、その一方で、第２の信号は、閾値振幅値よりも大きい最大振幅を有する。

方法は、様々なタイプの信号と共に動作し得る。例えば、第１のレベルは、第１の電圧であり得るが、第２のレベルは、第２の電圧であり得る。とりわけ、第１のレベルおよび第２のレベルは、時間に対する電圧の増加の割合であり得る。方法は、実行されると、可動部材が接触に電気的に接触した後に実質的に振動しないような方法で、その可動部材を動かす。

信号は、多くの様々な方法で提供され得る。例えば、信号ソースは、第１および第２の信号を提供し得る。その他の実施形態において、第１のソースは、第１の信号を提供し、第２のソースは、第２の信号を提供する。さらにその他の実施形態において、第１および第２のソースは、第１および第２の信号の一方または両方を提供する。

本発明の別の実施形態にしたがうと、スイッチ駆動回路は、２つ以上のレベルを有する信号を伝達するソースを有する。特に信号は、第１のレベルと、第１のレベルよりも大きい第２のレベルとを有する。スイッチ駆動部はまた、信号が第１のレベルに到達した後に第２のレベルに到達するように、その信号を伝達する出力を有する。

とりわけ、ソースは、複数のソースまたは単一のソースであり得る。
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
（項目１）
可動部材および接触を有するスイッチを駆動する方法であって、該方法は、
第１の信号を該スイッチに印加することであって、該第１の信号は、第１のレベルを有している、ことと、
該第１の信号を印加した後に、第２の信号を該スイッチに印加することであって、該第２の信号は、第２のレベルを有しており、該第１および第２のレベルは、それぞれの信号の変化の割合である、ことと、
該第１のレベルは、該第２のレベルよりも大きく、該第１および第２の信号の一方または両方は、該可動部材を動かし、該接触と電気的に接触させる、方法。
（項目２）
上記可動部材は、閾値振幅値を受けるときに、上記接触と電気的に接触するように動き、上記第１の信号は、該閾値振幅値よりも小さい最大振幅を有する、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記第１の信号は、第１の電圧であり、上記第２の信号は、第２の電圧である、項目２に記載の方法。
（項目４）
上記可動部材は、上記接触に電気的に接触した後に、動き、実質的に振動しない、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記第１のレベルおよび上記第２のレベルは、時間に対する電圧の増加の割合である、項目１に記載の方法。
（項目６）
信号ソースが、上記第１および第２の信号を提供する、項目１に記載の方法。
（項目７）
第１のソースが、上記第１の信号を提供し、第２のソースが、上記第２の信号を提供する、項目１に記載の方法。
（項目８）
第１および第２のソースが、上記第１および第２の信号のうちの一方または両方を提供する、項目１に記載の方法。
（項目９）
スイッチ駆動回路であって、
第１の振幅と第２の振幅とを有する信号を伝達するソースであって、該第２の振幅は、該第１の振幅よりも大きい、ソースと、
該信号を伝達する出力であって、該信号は、該第１の振幅に到達した後に、第２の振幅に到達する、出力と
を含む、スイッチ駆動回路。
（項目１０）
上記ソースは、複数のソースまたは単一のソースである、項目９に記載のスイッチ駆動回路。
（項目１１）
上記ソースは、複数の電流ソースである、項目９に記載のスイッチ駆動回路。
（項目１２）
第１の電流ソースが、第１のレベルの電流を生成し、第２の電流ソースが、第２のレベルの電流を生成する、項目１１に記載のスイッチ駆動回路。
（項目１３）
上記第１の電流ソースまたは上記第２の電流ソースのうちの一方は、他方の電流ソースと実質的に同時に開始し、上記スイッチを閉じる前に停止する、限られた持続時間の間にのみ電流を生成する、項目１１に記載のスイッチ駆動回路。
（項目１４）
上記電流ソースのうちの少なくとも一方に動作可能なように接続されたスイッチをさらに含み、該少なくとも一方の電流ソースを流れる電流を制御する、項目１１に記載のスイッチ駆動回路。
（項目１５）
第１の振幅と第１の電圧出力とを有する第１の電圧ソースと、
第２の振幅と第２の電圧出力とを有する第２の電圧ソースと、
第１の入力と、第２の入力と、出力とを有する加算回路であって、該第１の入力は、該第１の電圧出力と該第２の電圧出力とのうちの一方に結合されており、該第２の入力は、該第１の電圧出力と該第２の電圧出力とのうちの他方に結合されており、該出力は、該スイッチに動作可能なように結合されている、加算回路と
を含む、項目１０に記載のスイッチ駆動回路。
（項目１６）
可動部材と接触とを有するスイッチを駆動する方法であって、該方法は、
第１の信号を該スイッチに印加することであって、該第１の信号は、第１のレベルを有している、ことと、
第２の信号を該スイッチに印加することであって、該第２の信号は、第２のレベルを有しており、該第１の信号および第２の信号の一方または両方は、該可動部材を動かし、該接触と電気的に接触させる、ことと
を含む、方法。
（項目１７）
上記第１の信号および上記第２の信号は、連続的に印加される、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
上記第１の信号および上記第２の信号は、実質的に同時に印加される、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
上記第２の信号の印加は、上記第１の信号の印加が開始した後に開始し、その後に、該第１の信号および該第２の信号が、一定の期間にわたって、一緒に印加される、項目１６に記載の方法。
（項目２０）
上記第１の信号は、第１のレベルを有する電流であり、
上記第２の信号は、第２のレベルを有する電流である、項目１６に記載の方法。
（項目２１）
可動部材と接触とを有するスイッチを駆動する方法であって、該方法は、
該スイッチに電圧駆動信号を供給することであって、該電圧駆動信号の振幅は、中間振幅と最終振幅とを有しており、該電圧信号の振幅は、該中間振幅に到達する前に、第１の割合で上昇し、該中間振幅に到達した後に、第２の割合で上昇する、方法。
（項目２２）
上記電圧駆動信号の上記振幅の変化の割合は、該電圧駆動信号の該振幅が上記中間の振幅を下回るときに、最大になる、項目２１に記載の方法。

図１は、開位置におけるＭＥＭＳスイッチを概略的に示している。 図２は、閉位置におけるＭＥＭＳスイッチを概略的に示している。 図３（ａ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、様々な駆動信号に対するスイッチの反応を比較するグラフを概略的に示している。 図４は、シミュレートされた駆動信号のグラフである。 図５は、２つのデジタルサブ回路を含む、スイッチを駆動する回路の例示的実施形態の概略図である。 図６（ａ）は、特定の制御信号を形成するデジタル回路の概略図である。 図６（ｂ）は、図６（ａ）における回路の特定の信号に対するタイミング図である。 図７は、パルス信号を形成するデジタル回路の概略図である。 図８は、第１の動作状態における特定の特徴を示す図５における回路の概略図である。 図９は、移行状態における特定の特徴を示す図５における回路の概略図である。 図１０は、第２の動作状態における特定の特徴を示す図５における回路の概略図である。 図１１は、スイッチを駆動する回路の例示的実施形態の概略図である。

当業者は、以下に要約される図面を参照して議論される以下の「例示的な実施形態の説明」から、本発明の様々な実施形態の利点をより完全に理解するであろう。

（例示的な実施形態の説明）
例示的な実施形態において、駆動部は、振動を実質的に抑制するような方法で、スイッチに駆動信号を印加し、一方で同時に、スイッチを閉じる時間を最適化する。このために駆動部は、まず比較的高いレベルを有する第１の信号をスイッチに印加する。しかしながら、スイッチが閉じる前に、駆動部は、第１の信号よりも低いレベルを有する第２の信号を印加する。とりわけ、レベルは、信号の変化の割合（例えば、入力電圧の変化の割合）であり得る。例示的な実施形態の詳細が、以下で議論される。

スイッチの特有の詳細および駆動部の特定の詳細が、例示目的に過ぎないことが、理解されるべきである。したがって、これらの詳細に関する議論は、様々な実施形態の範囲を限定することは意図されていない。例えば、スイッチは、非カンチレバー式のアームを有したり、または、非ＭＥＭＳプロセスから形成されたりし得る。

図１は、本発明の一実施形態にしたがう、ＭＥＭＳスイッチ１００を概略的に示している。スイッチ１００は、開位置にあり、ドレイン電極１０３に電気的に接続された静止コンダクタ１０４との物理的な接触を交互に行うための、カンチレバーアーム１０５を有している。開位置においては、ソース電極１０１からドレイン電極１０３に電流が流れない。この実施形態において、スイッチ１００は、従来のＭＥＭＳスイッチである。加えて、スイッチ１００は、静止基板１０６を有しており、さらにこの静止基板は、アーム１０５を支持しているが、この静止基板はまた、アーム１０５との可変容量を形成するゲート電極１０２を支持している。駆動部（図１には示されていない）は、ゲート１０２と電気的に接触し、可変容量に加えられた力を制御して、アームの動きを制御する。

図２は、閉位置における図１のスイッチ１００を概略的に示している。閉位置において、アーム１０５は、ドレイン電極１０３に電気的に接触する静止コンダクタ１０４と接触するように動かされている。閉位置においては、電気信号が、アーム１０５を介することにより、ソース電極１０１からドレイン電極１０３に流れ得る。

動作中、駆動部（図２には示されていない）は、ゲート電極１０２と電気的に接触し、駆動信号（駆動部出力）をゲート電極１０２に印加することにより、カンチレバーアーム１０５を静止コンダクタ１０４と物理的に接触するように選択的に促し、それにより、より大きな回路（図２には示されていない）を閉じる。好適には、駆動信号は、アーム１０５を最短時間で動かすがスイッチ１００が跳ね返らなくするように、十分速く上昇する。また好適には、駆動信号の最終レベルは、アーム１０５を下方位置（すなわち、スイッチが閉じる）にしっかりと保持するために十分なレベルである。

図３（ａ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、様々な駆動信号に対する開いたスイッチ１００の例示的な応答を示す。図３（ａ）の上部の図面において、駆動部出力は、ゲート電極１０２において高速の電圧上昇を引き起こす。電圧が上昇するにつれ、アーム１０５は、スイッチ１００の近くに向けて下方に動き始め、電圧が閾値電圧（Ｖｔｈ）に達するとき、静止コンダクタ１０４と最終的に接触する。しかしながら、この高速上昇アプローチの下では、アーム１０５の先端は、図３（ａ）の下部の図面において、振動によって示されるように望ましくなくアーム１０５を跳ね返す速度において静止コンダクタ１０４と接触させる。駆動信号がその最終的なレベル（８０Ｖ）に向けて増加するにつれ、最終的に、アーム１０５上の力は下方の位置においてアーム１０５をしっかりと保持する（すなわちスイッチが閉じられる）ために十分に強くなる。

跳ね返りを避ける１つのアプローチは、駆動信号をより徐々に傾斜させることである。図３（ｂ）の上部の図面において、駆動部出力は、ゲート電極１０２上でのよりゆるやかに上昇する電圧を引き起こす。さらに、印加される電圧が上昇するにつれ、アーム１０５は、スイッチ１００の近くに向けて下方に動き始め、電圧が閾値電圧（Ｖｔｈ）に達するとき、アーム１０５は静止コンダクタ１０４と接触する。有利なことに、図３（ｂ）の下部の図面において示されるように、アーム１０５は跳ね返らない。しかしながら、不利なことに、駆動信号の印加と、このゆるやかな上昇のアプローチにおけるスイッチ１００の閉鎖との間の時間は、高速上昇アプローチにおける時間よりもかなり長い。

跳ね返りを避ける第２のアプローチは、可変の割合で駆動信号を傾斜させることである。例えば、第１の割合は、アーム１０５を短時間で動かすために、閾値電圧に向けて迅速に上昇し得るが、次いで、よりゆるやかに上昇するようにその割合を変化させ、その結果、このアプローチにおけるアーム１０５の最終的な速度は、高速上昇アプローチにおけるアーム１０５の最終的な速度未満になる。この第３のアプローチは、ゆるやかな上昇のアプローチよりも迅速にスイッチ１００を閉じる一方で、同時に高速上昇のアプローチの振動を避ける。このアプローチは、図３（ｃ）の上部の図面に示され、ここでゲート電圧は、閾値電圧に向けて素早く上昇するが、次いでゲート電圧の上昇は遅くなる。有利なことには、アーム１０５は、図３（ｃ）の下部の図面に示されているように、跳ね返らないが、スイッチ１００もまた緩やかな上昇のアプローチにおいてよりも速く閉じる。この割合の変化の後、駆動信号は最終的なレベルまで上昇し続け、ここで、アーム１０５に及ぼされる力は、アーム１０５を下方の位置にしっかりと保持するために十分である（すなわちスイッチが閉じられる）。

例示的な実施形態に従って、この駆動信号は、アーム１０５が静止コンダクタ１０４に、最初の接触を行った後にアーム１０５が上方に跳ね返るほど強く衝突することを防ぎ、かつ相対的に素早くスイッチ１００を閉じるように制御される。上で示されたように、非常に強い力で静止コンダクタ１０４に衝突することにより、アーム１０５は静止コンダクタ１０４と物理的接触をした状態および物理的接触をしていない状態で振動させられる。当然、静止コンダクタ１０４と物理的接触をしていない場合には、アーム１０５は、静止コンダクタ１０４と電気的接触状態にない。従って、振動は効率的にアーム１０５と静止コンダクタ１０４との電気的接触を遅らせる。さらに、このような振動が、スイッチ１００を通過する信号に対して望ましくない歪みを引き起こし得、そしてまたスイッチ１００の信頼性を低減させ得る。

単一のマルチレベル信号であることが考慮されることに加え、これらの駆動信号はまた複数の独立した信号であるように考慮され得ることが留意されるべきである。

図４は、図５に示される回路５００と共に用いられるときの、様々な条件下における、様々な例示的駆動信号波形のグラフ表示を概略的に示す。図４のこれらの波形は、シミュレーションに基づいており、実際のテストに基づいていないことが留意されるべきである。従って、図４に示されるように、駆動回路（図４には示されない）は、最初の信号に０ボルトから約３０ボルトまで印加する。示されるように、この振幅における電圧増加の割合は非常に速い。しかしながら、約３０ボルトと８０ボルト（すなわちレール電圧）のすぐ下との間の振幅の間で、電圧はより徐々に増加する。これらの割合は、線形だったり、可変だったり、または両方であったりし得る。印加される正確な電圧は、制御されるスイッチの設計および構築に依存する。

図５は、スイッチを駆動するための回路５００の一実施形態の概略図である。以下により詳細に論じられるように、図５の回路５００は、多くのトランジスタおよびその他の要素と、様々な制御信号をトランジスタに提供する２つのデジタルサブ回路６００および７００とを含む。

図６（ａ）は、制御信号Ｐｈｉ１ ６１５、Ｐｈｉ２ ６１６およびＰｈｉ２ｂ ６１７を生成するデジタルサブ回路６００の概略図である。図６（ｂ）は、入力スイッチ制御（Ｓｗｉｔｃｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号６１４に応答する、図６（ａ）における回路の様々な信号を示す。これらの回路を説明する目的で、信号「ｓｄ」６１０はローに保持され、結果として、インバータ６０９から出る信号「ｓｄｂ」６１１はハイであることに留意されたい。デジタル回路の信号と関連して、本明細書において使用される場合、句「ロジックハイ」および「ハイ」は、最初の状態のデジタルロジック信号を意味し、用語「ロジックロー」および「ロー」は最初の状態の相補状態である第二の状態のデジタルロジック信号を意味する。

図６（ａ）の回路６００において、スイッチが開位置にあるとき、スイッチ制御信号６１４はロジックローになる。インバータ６０１を通して、このことはｎｏｒゲート６０２に対する第１の入力をロジックハイにし、結果としてｎｏｒゲート６０２の出力をローにする。従って、安定状態において、インバータ６０３の出力はハイであり、ｎｏｒゲート６０４の出力（Ｐｈｉ２ ６１６）はローになる。結果として、ｎｏｒゲート６０５の出力（Ｐｈｉ２ｂ ６１７）はハイになる。同様に、スイッチ制御信号６１４がローであり、Ｐｈｉ２ ６１６がローの状態で、ｎｏｒゲート６０６の出力はハイになり、インバータ６０７の出力はローになる。結果として、ｎａｎｄゲート６０８（Ｐｈｉ１ ６１５）はハイになる。従って、入力信号がローであり、信号ｓｄ６１０がローである安定状態において、Ｐｈｉ１ ６１５はハイになり、Ｐｈｉ２ ６１６はローになり、Ｐｈｉ２ｂ ６１７はハイになる。

ユーザがスイッチを閉じることを望むとき、ユーザはスイッチ制御信号６１４をロジックハイに移行させる。このことは、インバータ６０１の出力をローになるようにさせるが、ｎｏｒゲート６０２へのその他の入力は、それまでのように一時的にハイの状態のままであり、その結果、ｎｏｒゲート６０２の出力はローのままであり、下流方向への信号は一時的に変化しないままである（ロジックローのＰｈｉ２ ６１５と、ロジックハイのＰｈｉ２ｂ ６１５とを含む）。さらに、ローからハイへのスイッチ制御入力６１４の移行は、ｎｏｒゲート６０６の出力がローになることと、結果としてインバータ６０７の出力がハイになろうとすることを意味する。しかしながら、インバータ６０７の出力移行は、キャパシタ６１２を荷電する必要性によって遅延される。キャパシタ６１２が荷電される場合、インバータ６０７の出力はハイになり、そしてｓｄｂ ６１１がハイになるため、ｎａｎｄゲート６０８への両方の入力はハイであり、そして結果としてｎａｎｄゲート６０８の出力（Ｐｈｉ１ ６１５）はローになる。Ｐｈｉ１ ６１５がローになった後、ｎｏｒゲート６０２への両方の入力は低くなり、ｎｏｒゲート６０２への出力を高くなるようにさせる。この信号はインバータ６０３の出力をローになるようにさせるが、その移行はキャパシタ６１３を放電させる必要性によって遅延される。キャパシタ６１３が放電する場合、ｎｏｒゲート６０４への入力は、ともにローになり、ｎｏｒゲート６０４の出力 （Ｐｈｉ２ ６１６）をハイになるように、そして結果としてＰｈｉ２ｂ ６１７をローになるようにさせる。従って、ローからハイへの入力の移行の際に、そしてキャパシタ６１２の荷電による短い遅延の後、Ｐｈｉ１ ６１５は低くなる。次いで、キャパシタ６１３の放電による第二の遅延の後、Ｐｈｉ２ ６１６はハイになり、Ｐｈｉ２ｂ ６１７はローになる。概略すると、スイッチ制御入力６１４がローからハイへ変化する場合、Ｐｈｉ１ ６１５は、短い遅延の後、ハイからローへと変化し、その直ぐ後でＰｈｉ２ ６１６はローからハイへと移行し、Ｐｈｉ２ｂ ６１７はハイからローへと変化する。

図７は、同様にスイッチ制御入力６１４に応答してローからハイになるパルス化されたデジタル信号エッジアウト７０７を生成するためのデジタルサブ回路７０７の概略図である。具体的には、図６（ａ）の回路６００において、ハイからローへのＰｈｉ２ｂ ６１７の移行は、図７の回路７００をトリガする。上記のように、スイッチ制御入力６１４がローであり、回路が安定状態にある場合、Ｐｈｉ２ｂ ６１７はハイになる。そのようなものとして、ｎｏｒゲート７０２の出力はローであり、インバータ７０３の出力はハイになり、ｎａｎｄゲート７０４の１つの出力に対しロジックハイを示す。同様に、安定状態において、インバータ７０１の出力は、ｎａｎｄゲート７０５の第一の入力に対しロジックローを示し、その一方でＰｈｉ２ｂ ６１７はｎａｎｄゲート７０５の他の入力に対してロジックハイを示す。結果として、ｎａｎｄゲート７０５の出力はハイになる。この状態においてｎａｎｄゲート７０４に対する両方の入力はハイであり、その結果、ｎａｎｄゲート７０４ の出力（信号エッジアウト７０７）はローである。

Ｐｈｉ２ｂ ６１７がロジックローに移行する場合、インバータ７０１の出力はハイになろうとするが、その移行はキャパシタ７０６を荷電する必要性によって遅延し、その結果、インバータ７０１の出力は瞬間的にローの状態に留まる。そのようなものとして、ｎｏｒゲート７０２の出力はハイになり、インバータ７０３の出力はローになり、ｎａｎｄゲート７０４の１つの入力に対してローの入力を提供する。結果として、ｎａｎｄゲート７０４の出力（信号エッジアウト７０７）は、ローからハイに移行する。結果的には、キャパシタ７０６が荷電され、インバータ７０１の出力がロジックハイに達する。次いで、ｎｏｒゲート７０２の出力は、ローの状態に戻り、インバータ７０３の出力はハイの状態に戻り、それによりｎａｎｄゲート７０４の１つの入力に対してロジックハイを提供する。同時に、ｎａｎｄゲート７０５は、１つの入力をハイにさせ、もう一方の入力をローにさせて、その結果、ｎａｎｄゲート７０５の出力は、ｎａｎｄゲート７０４の第二の出力に対してロジックハイを提供するためにハイになる。そのようなものとして、ｎａｎｄゲート７０４の出力（信号エッジアウト７０７）は、ロジックローに戻る。概略すると、ハイからローまでのＰｈｉ２ｂ ６１７の移行の際に、エッジアウト７０７は、短くロジックハイをパルス発振する。エッジアウト７０７パルスの持続期間は、インバータ７０１の出力がキャパシタ７０６を荷電するためにどのくらい長くかかるかに依存する。エッジアウト７０７パルスの持続期間は、以下により詳細に記載されるように、トランジスタＭＮ８およびＭＮ９によって、カレントミラーに供給される電流ブーストの持続期間を制御する。エッジアウトパルス７０７の幅は、ブースト電流源を（トランジスタＭＮ８およびトランジスタＭＮ９を介して）オンにするための重要な要因となり、結果としてスイッチアーム１０５が、静止コンダクタ１０４との接触を構成するためにもっとも素早く動く時間に対する重要な要因となる。

図８に部分的に示されるような回路５００の動作がここで議論され、その動作は、スイッチ制御入力信号６１４がローであり、スイッチが開いたままである、安定状態における回路から始まる。上記されたように、この状態において、Ｐｈｉ１ ６１５はハイであり、Ｐｈｉ２ ６１６はローであり、Ｐｈｉ２ｂ ６１７はハイであり、そしてエッジアウト７０７はローである。好適には２マイクロアンペアのバイアス電流がトランジスタＭＮ４を通って流れ、このバイアス電流がトランジスタＭＮ８とカレントミラーを形成し、そしてトランジスタＭＮ３と第二のカレントミラーを形成する。この状態において、トランジスタＭＮ４におけるバイアス電流の一部分は、トランジスタＭＮ３に反射され、好適には５００ナノアンペアの電流を発生させる。エッジアウト７０７がローであるので、トランジスタＭＮ９またはトランジスタＭＮ８において、はっきりとした電流は流れない。Ｐｈｉ２ ６１６はローであり、Ｐｈｉ２ｂ ６１７はハイであるので、トランジスタＭＮ２は、オフ（非伝導性）であり、トランジスタＭＮ１はオン（伝導性）であり、その結果、トランジスタＭＮ３を通る電流はまた、トランジスタＭＮ１を通らなければならない。この電流は、トランジスタＭＰ２のゲートを接地に向けて引く傾向があり、トランジスタＭＰ２をトランジスタＭＰ１、トランジスタＭＰ５およびトランジスタＭＰ４を電圧レール（Ｖｃｃ）に向けて電気的に引かせる。結果として、トランジスタＭＰ５およびＭＰ４は、効率的に非伝導性になり、その結果、トランジスタＭＰ４は、出力ノード５０１から電流を導入したり、弱め（ｓｉｎｋ）たりしない。同時に、Ｐｈｉ２ ６１６をハイにすることは、トランジスタＭＮ５をオン（伝導性）にさせ、このことがトランジスタ１０２上の電荷を、出力ノード５０１を介して接地まで流出させ、これによりスイッチアーム１０５からスイッチ１０５を下方に引っ張る任意の力を奪い、結果としてスイッチ１００は開く。

ユーザがスイッチを閉じることを望むとき、ユーザは入力制御信号６１４をハイになるようにさせる。上記されたように、このことは制御信号Ｐｈｉ１ ６１５、Ｐｈｉ２ ６１６およびＰｈｉ２ｂ ６１７において特定の変化を引き起こし、エッジアウト７０７をパルス化させる。図９に部分的に示されたような回路５００の動作がここで議論される。スイッチ制御信号６１４がハイになった後、Ｐｈｉ１ ６１５はローになり、それによりトランジスタＭＮ５をオフにし、その結果、スイッチのゲート電極１０２は、もはや接地に分流されない。最初、トランジスタＭＰ４はオフ（非伝導性）のままであり、その結果、Ｖｃｃと接地とを直接流れる電流の経路はない。信号Ｐｈｉ１ ６１５、Ｐｈｉ２ ６１６およびＰｈｉ２ｂ ６１７は、トランジスタＭＮ５およびトランジスタＭＰ４が同時に伝導性にならないことを確実にするために、時間において段階的に実行される（ｐｈａｓｅｄ）。短い遅延の後、Ｐｈｉ２ ６１６はハイになり、Ｐｈｉ２ｂ ６１７はローになり、トランジスタＭＮ２をオン（伝導性）にさせ、トランジスタＭＮ１をオフ（非伝導性）にさせる。結果として、トランジスタＭＰ５およびトランジスタＭＰ４は、また、電流を伝導させるために解放される。トランジスタＭＮ３を通る電流（好適には５００ナノアンペア）は、ここでトランジスタＭＮ２を通るようにされ、結果としてトランジスタＭＰ５を通る。トランジスタＭＰ４は、４のゲインを有するトランジスタＭＰ５とカレントミラーを形成する。例えば、伝導性トランジスタ（この場合にはトランジスタＭＰ５）よりも大きなミラーイングのトランジスタ（この場合にはトランジスタＭＰ４）を構成することによって、電流のゲインを提供するためにカレントミラーイングトランジスタを選択することは当該分野で公知である。結果として、トランジスタＭＰ４は、増幅されたミラーイングされた電流（好適には２マイクロアンペア）を出力ノード５０１に伝える。出力ノード５０１は、スイッチのゲート１０２に取り付けられ、スイッチのゲート１０２が容量性であり、駆動回路からスイッチのゲート１０２まで流れる電流を組み込むように作用し、それによりゲート１０２上の電圧を上方に傾斜させる（すなわちｉ＝ＣｄＶ／ｄｔ）。

同様に上記したように、スイッチ制御６１４信号のロジックハイへの移行は、エッジアウト７０７をロジックハイにするようにパルス発振させる。このことは、トランジスタＭＮ９をオン（伝導性）にさせ、このことが、トランジスタＭＮ８がトランジスタＭＮ４の電流の一部（好適には２．５マイクロアンペア）をミラーすることを可能にする。トランジスタＭＮ８の電流は、トランジスタＭＮ２を流れる、トランジスタＭＮ３の電流を補助し、組み合わされた電流（好適には３マイクロアンペア）は、最終的にＭＰ４により増幅およびミラーされ、１２マイクロアンペアの電流バーストを出力ノード５０１に提供する。同様に、このことは、スイッチゲート１０２上の電流を、閾値電圧に向けて素早く傾斜させる。好適には、エッジアウト７０７の持続期間は、スイッチゲート上の電圧が閾値電圧に達するまで、電流を維持するように設定される。

さらに上記されるように、エッジアウト７０７パルスは、終了し、それにより、トランジスタＭＮ９をオフ（非伝導性）にする。図１０に部分的に示されるような回路５００の動作が、ここで議論される。この状態において、トランジスタＭＮ３の電流は、増幅およびミラーされ、そして出力ノード５０１に提供される唯一の電流である。そのようなものとして、スイッチゲート上の電圧は、上方に傾斜し続けるが、ここでは変化の割合が小さくなる。幾つかの点において、スイッチゲート電極上の電圧は、閾値電圧（Ｖｔｈ）を超え、そのとき、スイッチアームはドレイン電極と接触している。

前述に従って、スイッチゲート電極上の電圧は開始時に素早く増加するが、次いで電圧は緩やかに遅くなる。ＭＥＭＳスイッチカンチレバーを下方に動かすために十分に強くなる点に電圧がすばやく達し、この点は、回路にスイッチを閉じるように命令するスイッチ制御６１４信号の変化と実際のスイッチの閉鎖との間の遅れ時間は最小が最小となるようにするために重要である。後に、スイッチゲート上の電圧は、スイッチアームを下方の閉位置にしっかりと保持するために十分強い最終的な電圧までより緩やかに増加する。好適には、駆動回路の動作は、アームを跳ね返らせたり、アームを損傷したりすることなしに、アームをドレイン電極に接触させる。

ユーザがスイッチを開くことを望むとき、ユーザはスイッチ制御信号６１４をローにさせる。上記されたデジタル回路は、駆動回路５００を図６および図８に関連して上記した状態に戻す。前述のように、タイミング生成回路に固有の遅延によって、デジタル制御信号Ｐｈｉ１ ６１５、Ｐｈｉ２ ６１５およびＰｈｉ２ｂ ６１５は、トランジスタＭＮ５およびトランジスタＭＰ４が同時に伝導性にならないことを確実にするために、時間において段階的に実行される。そのようなものとして、トランジスタＭＮ５は再び、スイッチゲート電極から電流を排出し、それによりアームを下方の閉位置に保持する力を除去し、スイッチが上方の開いた回路位置に戻ることを可能にする。

図１１は、スイッチ駆動回路の代替的な実施形態の概略図である。図１１のスイッチ駆動回路１１００は、電圧信号１１０４によってスイッチを駆動する。電圧信号Ｖ１ １１０１および電圧信号Ｖ２ １１０１は、共に、加算接合部１１０３に入力される。当該分野で公知のように、加算接合部１１０３は電圧信号Ｖ１と電圧信号Ｖ２とを加算し、電圧信号１１０４を提供する。電圧信号Ｖ１のレベルと電圧信号Ｖ２のレベルとは組み合わされ、少なくとも第一のレベルと第二のレベルとを有する電圧信号１１０４を生成する。次いで、電圧信号１１０４は、スイッチのゲート（図１１には図示せず）に印加され、スイッチの動作を制御する。電圧信号Ｖ１のレベルと電圧信号Ｖ２のレベルとは、それぞれの電圧の変化の割合である。電圧信号Ｖ１のレベルと、電圧信号Ｖ２のレベルとは、電圧信号１１０４の所望のレベルを生成するために時間につれて変化し得る。

上記の議論は、本発明の様々な例示的な実施形態を開示しているが、本発明の心の範囲から逸脱することなしに、本発明の利点のいくつかを達成する様々な修正を当業者が行い得ることは明らかである。記載される実施形態は、全ての局面において、単なる例示的なものとして解釈されるべきであり、限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (16)

1. 制御端子と可動部材と接触とを有するスイッチを駆動するスイッチ駆動回路であって、
   該スイッチ駆動回路は、
   第１の振幅を有する電流信号を生成し、該スイッチが閉じる前に第２の振幅を有する電流信号を生成する電流ソースであって、該第１の振幅は、該第２の振幅よりも大きい、電流ソースと、
   該電流信号を該制御端子に伝達する駆動部出力であって、該電流信号は、該第１の振幅に到達した後に、該第２の振幅に到達する、駆動部出力と
   を含み、
   該伝達された電流信号は、静電気力が該制御端子と該可動部材との間で生じるように該制御端子上に電荷を蓄積し、これにより、該接触に電気的に接続するように該可動部材を移動させる、スイッチ駆動回路。
2. 前記制御端子は、ゲート電極である、請求項１に記載のスイッチ駆動回路。
3. 前記ソースは、複数の電流ソースを含む、請求項１に記載のスイッチ駆動回路。
4. 第１の電流ソースが、前記第１の振幅の電流を生成し、第２の電流ソースが、前記第２の振幅の電流を生成する、請求項３に記載のスイッチ駆動回路。
5. 第１の電流ソースに直列に動作可能に接続されたトランジスタをさらに含み、該トランジスタは、電流が該第１の電流ソースを流れることを可能にする、請求項３に記載のスイッチ駆動回路。
6. 駆動信号を受信するように構成されたゲート電極と可動部材と静止コンダクタを有するスイッチを駆動する方法であって、該可動部材は、該ゲート電極上の電圧が閾値電圧を超えたときに、該静止コンダクタとの物理的接触および電気的接触を行うように移動可能であり、
   該方法は、
   該ゲート電極上の該電圧が該閾値電圧に接近するまで、第１の電流信号を該ゲート電極に印加することと、
   該スイッチが閉じる前に第２の電流信号を該ゲート電極に印加することであって、該印加された電流信号は、静電気力が該ゲート電極と該可動部材との間で生じるように該ゲート電極上に電荷を蓄積し、これにより、該静止コンダクタに電気的に接続するように該可動部材を移動させる、ことと
   を含む、方法。
7. 前記第１の電流信号および前記第２の電流信号は、前記ゲート電極に連続的に印加される、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の電流信号および前記第２の電流信号は、前記ゲート電極に同時に印加される、請求項６に記載の方法。
9. 前記第１の電流信号は、第１の振幅を有し、
   前記第２の電流信号は、第２の振幅を有し、
   該第２の振幅は、該第１の振幅よりも小さい、請求項６に記載の方法。
10. スイッチを駆動する方法であって、前記可動部材は、閾値静電気力を受けるときに、前記静止コンダクタと電気的に接続するように移動し、前記第１の電流信号は、静電気力が該閾値静電気力よりも小さくなるようにする、請求項６に記載の方法。
11. スイッチ制御信号に応答するタイミング回路をさらに含み、該タイミング回路は、電流が前記第１の電流ソースを流れることを可能にするように、前記トランジスタを制御するように構成されている、請求項５に記載のスイッチ駆動回路。
12. 前記電流ソースは、
    入力と出力とを有する電流ミラーであって、該電流ミラーの該出力は、前記駆動部出力に動作可能に結合されている、電流ミラーと、
    該電流ミラーの該入力に動作可能に結合された少なくとも第１の電流ソースと
    を含む、請求項１に記載のスイッチ駆動回路。
13. 前記電流ソースは、
    入力と出力とを有する電流ミラーであって、該電流ミラーの該出力は、前記駆動部出力に動作可能に結合されている、電流ミラーと、
    該電流ミラーの該入力に動作可能に結合された第１の電流ソースと、
    該電流ミラーの該入力に動作可能に結合された第２の電流ソースと
    を含む、請求項１に記載のスイッチ駆動回路。
14. 前記第１の電流ソースは、前記第１の振幅の電流を生成するように構成されており、前記第２の電流ソースは、前記第２の振幅の電流を生成するように構成されている、請求項１３に記載のスイッチ駆動回路。
15. 制御端子と、電流入力端子と、電流出力端子とを有するトランジスタであって、該トランジスタは、前記第１の電流ソースと前記電流ミラーの前記入力とに直列に動作可能に結合されている、トランジスタと、
    入力と出力とを有するタイミング回路であって、該タイミング回路の入力は、スイッチ制御信号を受信するように構成されており、該タイミング回路の出力は、該トランジスタの該制御端子に動作可能に結合されており、該タイミング回路は、該スイッチ制御信号に応答して、電流が前記第１の電流ソースを流れることを可能にするように、該トランジスタを一時的に制御する、タイミング回路と
    をさらに含む、請求項１３に記載のスイッチ駆動回路。
16. 前記電流ソースは、第１の電流ソースを流れる電流と第２の電流ソースを流れる電流との和から前記電流信号の前記第１の振幅を生成し、該第２の電流ソースのみを流れる電流から前記電流信号の前記第２の振幅を生成するように構成されている、請求項３に記載のスイッチ駆動回路。

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