JP5745834B2 - 容量検出が改善された補償型マイクロ/ナノ共振器及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(i)機械的共振ピークに対してオフセットされた反共振ピークが存在する、
(ii)バックグラウンド信号に対する共振信号の相対的利得が低下する、
(iii)共振時の位相変化は(iv)に伴って縮小される、
(iv)バックグラウンド信号が増加する。
このことによって、利得位相変化が減るにつれて難しくなるこのような共振器の振動の容量検出から閉ループ発振器が得られる。このすべては、容量検出信号からの形態及び情報は浮遊容量CPAによって修正又は消去されるということに起因する。補助的に、振幅の大きなバックグラウンド信号(高強度信号)を有するということは、信号を増幅する電子回路の飽和をもたらす可能性がある。
−振動素子と、
−各々が、振動素子に少なくとも部分的に対向する主面を有する、振動素子の第1及び第2励起電極と、
−振動素子が一方の励起電極に移動し、他方の励起電極から離れるように、励起電極によって振動素子を振動させるAC成分を有する信号を各励起電極に印加する手段と、AC成分は、第1及び第2励起電極間で逆位相であり、
−励起電極の容量影響が相殺するようなポイントで、振動素子に電気的に接続された追加電極と、
−振動素子と励起電極との間にDC電圧差を印加する手段と、
−追加電極によって提供された振動素子の振動を表す信号と、
−第1DC電圧源に接続された第3バイアス電極。
−励起電極の各々にAC成分を有する励起信号を印加し、AC成分が第1及び第2励起電極間で逆位相であり、
−以下の式の値が低下するように、振動素子を移動させる第3電極に第1バイアスDC電圧を印加し、
[(C02+CPA2)・VIN2+(C03+CPA3)・VIN3]
CPA2及びCPA3は、各々、励起電極に関連した第1及び第2浮遊容量の電気容量値であり、
VIN2及びVIN3は、各々が第1励起電極及び第2励起電極に印加されたAC成分であり、
C02及びC03は、各々、第1励起電極及び第2励起電極の時間関数としての名目容量値であり、
−振動素子と励起電極との間にDC電圧差を印加し、
−追加電極の出力信号を測定する。
Vb:励起電極と振動素子との間の電圧差のDC成分、
Vin(t):AC励起信号、
S:(表面がすべての表面と一致すると)振動素子の表面と励起電極のうちの1つとの間の対向表面、
g:(空隙がすべての表面と一致すると)振動素子の表面と励起電極のうちの1つとの間の空隙、
ε0:電極と振動素子との間の媒体の誘電定数、である。
VP1及びVP2はそれぞれ、第3及び第4電極に印加されたバイアス電圧であり、
dc(t)/dtは、静止値(rest value)付近の誘導電気容量の変化を時間関数として表しており、
C0は、(電極4及び5について同一とみなされる)時間関数である、静止時の名目容量の値である。
i2及びi3はそれぞれ、第1及び第2電極2及び3によって誘導された電流であり、
VIN2及びVIN3はそれぞれ、第1及び第2電極2及び3に印加された信号であり、
C02及びC03はそれぞれ、時間関数としての、静止時の第1及び第2電極2及び3の名目容量の値であり、
CPA2及びCPA3はそれぞれ、第1及び第2電極2及び3に関連した浮遊結合の値であり、
VOUTは出力信号である。
CPA2及びCPA3はそれぞれ、第1及び第2浮遊容量の電気容量値であり、
dVin(t)/dtは、励起信号の変化を時間関数として表す。
Claims (11)
- −振動素子(1)と、
−各々が、前記振動素子に少なくとも部分的に対向する主面を有する、前記振動素子(1)の第1及び第2励起電極(2,3)と、
−前記振動素子(1)が一方の前記励起電極(2)に移動し、他方の前記励起電極(3)から離れるように、前記励起電極(2,3)によって前記振動素子(1)を振動させるAC成分を有する信号を各励起電極に印加する手段と、
−前記振動素子(1)に電気的に接続された追加電極(6)と、
−前記振動素子(1)および/または前記励起電極(2,3)に接続され、前記振動素子(1)と前記励起電極(2,3)との間にDC電圧(Vb)を印加する第2DC電圧源と、
−前記追加電極(6)を介して提供された前記振動素子(1)の振動を表す信号(VOUT)と、を備え、
前記追加電極(6)が、前記励起電極の容量影響が相殺するポイントで前記振動素子(1)に電気的に接続され、
前記AC成分が、前記第1及び第2励起電極(2,3)間で逆位相であり、
第1DC電圧源に接続されたバイアス電極(4,5)を備える、ことを特徴とする共振器。 - 前記振動素子(1)の振動を表す前記信号は、前記追加電極(6)に接続された成形回路(10)を介して提供され、前記成形回路は前記信号(Vout)の全部又は一部を分離するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の共振器。
- 第3バイアス源は、前記振動素子(1)と前記励起電極(2,3)との間にDC電圧差(Vb)を印加する前記成形回路(10)に接続される、ことを特徴とする請求項2に記載の共振器。
- 前記成形回路(10)は、バイアスティーである、ことを特徴とする請求項2又は3に記載の共振器。
- 前記成形回路(10)は、フィードバック接続抵抗器を備える増幅器であり、
前記抵抗器は、前記振動素子(1)の運動抵抗と少なくとも等しい値を有する、ことを特徴とする請求項2又は3に記載の共振器。 - 複数の第1励起電極(2)と、及び/又は複数の第2励起電極(3)と、を備え、
前記複数の第1励起電極(2)及び複数の第2励起電極(3)は、それぞれ、第1平面及び第2平面にある、ことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の共振器。 - 前記第1励起電極(2)と前記第2励起電極(3)との間の対称平面を含み、
前記追加電極(6)は、前記対称平面に沿って配置される、ことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の共振器。 - 前記追加電極は、前記振動素子(1)のアンカリングポイントの1つによって形成される、ことを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の共振器。
- 複数のバイアス電極(4,5)を備える、ことを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の共振器。
- 一方では前記励起電極(2,3)に接続され、他方では前記追加電極(6)に接続され、前記共振器の自己振動をトリガするのに必要な利得および位相差を提供する閉ループ制御回路(10,11,7)を備える、ことを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の共振器を備える発振器。
- 第1励起電極(2)及び第2励起電極(3)によって励起された振動素子(1)を備える共振器の製造方法であって、
−前記第1および第2励起電極(2,3)の各々にAC成分を有する励起信号を印加し、前記AC成分は、前記第1励起電極(2)と前記第2励起電極(3)の間で逆位相であり、
−以下の式の値を低下させるように、前記振動素子(1)を移動させる第3電極(4)に第1バイアスDC電圧(VP1)を印加し、
[(C02+CPA2)・VIN2+(C03+CPA3)・VIN3]
ここで、CPA2及びCPA3は、各々、前記第1および第2励起電極に関連した第1及び第2浮遊容量の電気容量値であり、
VIN2及びVIN3は、各々が前記第1励起電極(2)及び前記第2励起電極(3)に印加されたAC成分であり、
C02及びC03は、各々、前記第1励起電極(2)及び前記第2励起電極(3)の時間関数としての名目容量値であり、
−前記振動素子(1)と前記励起電極(2,3)との間にDC電圧(Vb)を印加し、
−前記追加電極(6)の出力信号(VOUT)を測定することを含む、ことを特徴とする方法。
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