KR101068325B1 - 주파수 및/또는 위상 보상된 마이크로 전자 기계 발진기 - Google Patents

주파수 및/또는 위상 보상된 마이크로 전자 기계 발진기 Download PDF

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Abstract

본 명세서에 많은 발명들이 기술되고 예시되어 있다. 한 측면에서, 본 발명은 출력 신호를 생성하는 마이크로 전자 기계 공진기(microelectromechanical resonator) 및 마이크로 전자 기계 공진기에 연결되어 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 수신하고 한 세트의 값들에 응답하여 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 조정 회로를 갖는, 보상된 마이크로 전자 기계 발진기(microelectromechanical oscillator)에 관한 것이다. 일 실시예에서, 이 값들은 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도 및/또는 마이크로 전자 기계 공진기의 제조 변동에 의존하는 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수를 사용하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 주파수 조정 회로는 주파수 체배기 회로, 예를 들어 PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL은 물론 이들의 임의의 조합 및 순열을 포함할 수 있다. 주파수 조정 회로는 그 밖에 또는 그 대신에 주파수 분주기 회로, 예를 들어 DLL, 디지털/주파수 합성기(예를 들어, DDS) 및/또는 FLL은 물론 이들의 임의의 조합 및 순열을 포함할 수 있다.
MEMS 발진기, 주파수 체배기, 주파수 분주기, PLL, DLL, DDS, FLL

Description

주파수 및/또는 위상 보상된 마이크로 전자 기계 발진기{FREQUENCY AND/OR PHASE COMPENSATED MICROELECTROMECHANICAL OSCILLATOR}
본 발명은 마이크로 전자 기계 공진기(microelectromechanical resonator)를 포함하는 마이크로 전자 기계 시스템 및 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한 측면에서 미세한 증분(fine increment) 및 조악한 증분(coarse increment)으로 제어가능한 안정되고 제어가능한 마이크로 전자 기계 발진기 출력 주파수를 제공하는 시스템 및 기술에 관한 것이다.
마이크로 전자 기계 시스템(microelectromechanical system, "MEMS"), 예를 들어 자이로스코프, 공진기 및 가속도계(accelerometer)는 기계 부품을 일반적으로 마이크로전자와 비슷한 크기로 축소시키기 위해 마이크로머시닝 기술(즉, 리쏘그라피 및 다른 정밀 제조 기술)을 이용한다.
MEMS는 일반적으로 마이크로머시닝 기술을 사용하여 예를 들어 실리콘층으로부터 또는 실리콘층으로 제조된 기계적 구조를 포함한다. 실리콘층은 그 중에서도 특히 MEMS에 대한 희생층으로서 기능하는 예를 들어 절연층 상에 배치되어 있다. 그 자체로서, 절연층의 상당 부분은 기계적 구조를 릴리스(release)하기 위해 에칭 또는 제거된다(예를 들어, 미국 특허 제6,450,029호 및 제6,240,782호를 참조할 것). 이와 같이, 이 기계적 구조는 예를 들어 주어진 주파수를 갖는 출력 신호를 제공하는 공진기로서 기능할 수 있다.
MEMS 발진기는 일반적으로 MEMS 공진 구조 및 연관된 구동 회로를 포함한다(예를 들어, 미국 특허 제6,577,040호, 및 미국 특허 출원 제2002/002/021053호 및 제2002/0068370호를 참조할 것). MEMS 발진기의 출력 신호의 주파수는 일반적으로 제조 동안에 결정되지만 그 후에 공지의 기술을 사용하여 정확한 값으로 조정될 수 있다. MEMS 발진기는 동작 온도에 걸쳐 출력 신호의 원하는 주파수를 제공하도록 설계되어 있다. 그와 같이, MEMS 발진기는 환경이 주어진 범위 내에서 시간에 따라 변화하는 다수의 응용에서 유용할 수 있다.
MEMS 발진기의 많은 응용은 넓은 동작 온도에 걸쳐 고도로 제어가능하고 정확한 고주파 공진기를 필요로 한다. 예를 들어, 고주파는 발진기 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다. 그렇지만, 이러한 공진기는 발진기의 주파수 조정, 안정성 및 제어를 어렵고 복잡하며 고비용이 들게 만드는 경향이 있다. (예를 들어, 미국 특허 제6,577,040호, 제6,624,726호, 및 미국 특허 출원 제2003/0089394호, 제2003/0160539호, 및 제2003/0173864호를 참조할 것) MEMS 공진 구조의 출력 주파수를 제어 및 조정하는 종래의 방법은 공진 구조와 제어 전극 사이에 정전기 바이어스(electrostatic bias)를 인가하는 것이다. 공진 구조와 제어 전극 간의 간극에 걸쳐 전계 강도(field intensity)를 증가시킴으로써, 공진 구조의 출력 신호의 주파수가 감소될 수 있다.
일반적으로, 최소한의 요구된 주파수 제어는 공진 구조의 온도 변동 및 초기 주파수 에러에 의해 결정된다. 공진기 구조가 고주파용으로 설계되어 있기 때문에, 공진 구조와 제어 전극 간의 간극에 걸쳐 이용가능한 전계는 적절한 범위의 주파수 제어를 유지하기 위해 통상적으로 증가되어야만 한다. 이것은 간극의 폭을 감소시키는 것 및/또는 간극 양단에 인가할 이용가능한 전압을 증가하는 것에 의해 달성될 수 있다.
출력 신호의 고주파를 달성하기 위해, 필요한 간극 및 전압은 MEMS 설계를 복잡하게 만들고, 공진 구조의 제조 비용 및 어려움을 상당히 증가시키며 및/또는 고비용의 제어 회로(예를 들어, 고전압 CMOS 회로)를 필요로 하는 경향이 있다. 특히, 주파수를 제어 및 조정하는 대안(이 역시 고주파에서 적용됨)은 공진기 구조의 온도를 제어하는 것이다. (예를 들어, 미국 특허 출원 제2003/0160539호 및 제2003/0173864호를 참조할 것) 이 점에서, 보다 정밀한 고주파 출력을 제공하기 위해 공진기 구조의 온도가 제어될 수 있다. 이 기술이 정밀도 및/또는 제어를 제공할 수 있지만, MEMS 공진 구조의 설계는 상당히 더 복잡하다. 게다가, 이러한 MEMS 설계는 종종 공진 구조의 온도를 조절하는 온도 조절 회로 뿐만 아니라 부가의 전력을 필요로 한다. 그 자체로서, 이 대안은 많은 응용에 적합하지 않을 수 있다.
그 중에서도 특히, 종래의 시스템, 설계 및 기술의 단점 중 하나, 그 일부 또는 그 전부를 극복하는 MEMS 공진기를 이용하는 발진기(이후부터, "MEMS 발진기"라고 함)가 필요하다. 이 점에서, 종래의 MEMS 발진기/공진기 시스템의 비용, 설계, 동작 및/또는 제조 단점을 극복하는 고도로 제어가능하고, 정밀하며 및/또는 넓은 동작 온도에 걸쳐 동작할 수 있는 출력 신호를 제공하는 개선된 MEMS 발진기가 필요하다. 게다가, 설계, 제조, 패키징 및/또는 구현 이전에 및/또는 그 이후에 정확한, 안정된, 제어가능한, 프로그램가능한, 정의가능한 및/또는 선택가능한 주파수 및/또는 위상을 갖는 출력 신호(또는 출력 신호들 각각)를 제공하는 개선된 MEMS 발진기가 필요하다.
본 명세서에 많은 발명들이 기술되고 예시되어 있다. 제1 주요 측면에서, 본 발명은 출력 신호를 생성하는 마이크로 전자 기계 공진기(microelectromechanical resonator) 및 마이크로 전자 기계 공진기에 연결되어 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 수신하고 한 세트의 값들에 응답하여 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 조정 회로를 갖는, 보상된 마이크로 전자 기계 발진기(microelectromechanical oscillator)에 관한 것이다. 일 실시예에서, 이 값들은 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도 및/또는 마이크로 전자 기계 공진기의 제조 변동에 의존하는 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수를 사용하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 주파수 조정 회로는 주파수 체배기 회로, 예를 들어 PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL은 물론 이들의 임의의 조합 및 치환을 포함할 수 있다. 주파수 조정 회로는 그 밖에 또는 그 대신에 주파수 분주기 회로, 예를 들어 DLL, 디지털/주파수 합성기(예를 들어, DDS) 및/또는 FLL은 물론 이들의 임의의 조합 및 치환을 포함할 수 있다.
마이크로 전자 기계 공진기는 보상되어 있거나(부분적으로 또는 완전히) 보상되어 있지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 주파수 조정 회로에 의해 이용되는 값들은 마이크로 전자 기계 공진기의 온도의 추정에 기초하여 동적으로 결정될 수 있다. 이들 값은 경험 데이터 및/또는 수학적 모델링을 사용하여 결정될 수 있다. 게다가, 일 실시예에서, 이 값들은 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도를 나타내는 데이터를 사용하여 결정된다.
일 실시예에서, 주파수 조정 회로는 주파수 체배기 회로(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL 또는 디지털 합성기)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 주파수 조정 회로는 (1) 주파수 체배기 회로 및 (2) 주파수 분주기 회로를 포함한다. 주파수 체배기 회로(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL)는 제1 세트의 값들 및 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하며, 여기서 출력 신호의 주파수는 마이크로 전자 기계 공진기의 주파수보다 크다. 주파수 분주기 회로(예를 들어, 정수형(integer-N) PLL, DLL, 또는 DDS)는 주파수 체배기 회로에 연결되어 주파수 체배기 회로의 출력 신호를 수신하고 제2 세트의 값들에 기초하여 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성한다.
또다른 실시예에서, 주파수 조정 회로는 (1) 제1 주파수 체배기 회로(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL 또는 디지털/주파수 합성기) 및 (2) 제2 주파수 체배기 회로(예를 들어, 정수형(integer-N) PLL 또는 디지털/주파수 합성기)를 포함한다.
다른 주요 측면에서, 본 발명은 출력 신호를 생성하는 마이크로 전자 기계 공진기((부분적으로 또는 완전히) 보상되어 있거나 보상되어 있지 않음)를 갖는 보상된 마이크로 전자 기계 발진기에 관한 것이다. 보상된 마이크로 전자 기계 발진기는 또한, 마이크로 전자 기계 공진기에 연결되어 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 수신하고 한 세트의 값들에 응답하여 출력 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 조정 회로를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 세트의 값들은 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수 및 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도를 나타내는 데이터에 기초하여 결정된다.
일 실시예에서, 이 값들은 주파수 조정 회로에 동적으로 제공된다. 다른 실시예에서, 이 값들은 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 추정된 주파수를 사용하여 결정되고, 여기서 이 추정된 주파수는 경험 데이터를 사용하여 결정된다. 또다른 실시예에서, 이 값들은 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 추정된 주파수를 사용하여 결정되며, 여기서 이 추정된 주파수는 수학적 모델링을 사용하여 결정된다.
일 실시예에서, 주파수 조정 회로는 주파수 체배기 회로(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL 또는 디지털 합성기)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 주파수 조정 회로는 (1) 주파수 체배기 회로 및 (2) 주파수 분주기 회로를 포함한다. 주파수 체배기 회로(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL)는 제1 세트의 값들 및 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하고, 여기서 출력 신호의 주파수는 마이크로 전자 기계 공진기의 주파수보다 크다. 주파수 분주기 회로(예를 들어, 정수형(integer-N) PLL, DLL 또는 DDS)는 주파수 체배기 회로에 연결되어 주파수 체배기 회로의 출력 신호를 수신하고 제2 세트의 값들에 기초하여 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성한다.
또다른 실시예에서, 주파수 조정 회로는 (1) 제1 주파수 체배기 회로(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL 또는 디지털/주파수 합성기) 및 (2) 제2 주파수 체배기 회로(예를 들어, 정수형(integer-N) PLL 또는 디지털/주파수 합성기)를 포함한다.
다른 주요 측면에서, 본 발명은 마이크로 전자 기계 공진기를 갖는 온도 보상된 마이크로 전자 기계 발진기를 프로그래밍하는 방법이다. 공진기는 출력 신호를 생성하며, 여기서 출력 신호는 제1 주파수를 갖는다. 마이크로 전자 기계 발진기는, 공진기에 연결되어 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 수신하고 미리 정해진 주파수 범위 내에 있는 주파수를 갖는 출력 신호를 제공하는 주파수 조정 회로를 더 포함한다. 본 발명의 이 측면의 방법은 (1) 마이크로 전자 기계 공진기가 제1 동작 온도에 있을 때 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 제1 주파수를 측정하는 단계, (2) 제1 세트의 값들을 계산하는 단계, 및 (3) 제1 세트의 값들을 주파수 조정 회로에 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 본 방법은 제2 세트의 값들을 계산하는 단계를 더 포함하며, 여기서 주파수 조정 회로는 마이크로 전자 기계 공진기가 제2 동작 온도에 있을 때 제2 세트의 값들에 응답하여 미리 정해진 주파수 범위 내에 있는 주파수를 갖는 출력 신호를 제공한다. 제2 세트의 값들은 경험 데이터를 사용하여 또는 수학적 모델링을 사용하여 계산될 수 있다.
또다른 주요 측면에서, 본 발명은 마이크로 전자 기계 공진기 및 주파수 조정 회로를 갖는 온도 보상된 마이크로 전자 기계 발진기를 동작시키는 방법이다. 이 공진기는 출력 신호를 생성하는 데 이용되며, 여기서 이 출력 신호는 제1 주파수를 포함한다. 주파수 조정 회로는 공진기에 연결되어 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 수신하고 제1 세트의 값들에 응답하여 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 제공하며, 여기서 제2 주파수는 미리 정해진 주파수 범위 내에 있다. 본 발명의 이 측면의 방법은 (1) 마이크로 전자 기계 공진기의 온도를 나타내는 데이터를 획득하는 단계, (2) 마이크로 전자 기계 공진기가 제2 동작 온도에 있는지를 판정하는 단계, (3) 제2 세트의 값들을 결정하는 단계 - 주파수 조정 회로는 마이크로 전자 기계 공진기가 제2 동작 온도에 있을 때 제2 세트의 값들에 응답하여 미리 정해진 주파수 범위 내에 있는 주파수를 갖는 출력 신호를 제공함 -, 및 (4) 제2 세트의 값들을 주파수 조정 회로에 제공하는 단계를 포함한다. 제2 세트의 값들은 경험 데이터를 사용하여 또는 수학적 모델링을 사용하여 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 본 방법은 마이크로 전자 기계 공진기의 온도를 측정하는 단계 및 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도를 계산하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 제2 세트의 값들은 제1 및 제2 서브세트의 값들을 포함하며, 주파수 조정 회로는, (1) 제1 서브세트의 값들을 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 제1 주파수 체배기 회로(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL) - 출력 신호의 주파수는 제1 주파수보다 큼 -, 및 (2) 제1 주파수 체배기 회로에 연결되어, 제1 주파수 체배기 회로의 출력 신호를 수신하고 제2 서브세트의 값들에 기초하여 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 제2 주파수 체배기 회로 - 제2 주파수는 제1 주파수 체배기 회로의 출력 신호의 주파수보다 큼 - 를 포함한다. 본 방법은 제1 서브세트의 값들을 결정하는 단계를 더 포함하며, 여기서 주파수 조정 회로는 마이크로 전자 기계 공진기가 제2 동작 온도에 있을 때 제1 서브세트의 값들에 응답하여 미리 정해진 주파수 범위 내에 있는 주파수를 갖는 출력 신호를 제공한다.
다시 말하면, 본 명세서에 많은 발명들이 기술되고 예시되어 있다. 본 발명에 대한 이 요약은 본 발명의 범위를 총망라한 것은 아니다. 게다가, 이 요약은 본 발명을 제한하려는 것도 아니며 그와 같이 해석되어서도 안된다. 본 발명의 어떤 실시예, 특징, 속성 및 이점이 본 발명의 이 요약에 기술되어 있지만, 본 발명의 서로 다른 및/또는 유사한 실시예, 특징, 속성 및/또는 이점은 물론 많은 다른 것들이 이하의 상세한 설명, 예시 및 청구항들로부터 명백하게 됨을 잘 알 것이다.
도 1은 종래의 MEMS 발진기를 나타낸 블록도.
도 2A 내지 도 2E는 본 발명의 어떤 측면에 따른 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 블록도.
도 3A 내지 도 3H는 종래의 위상 동기 루프(phase locked loop), 지연 동기 루프(delay locked loop), 직접 디지털 합성기(direct digital synthesizer), 및 소수 합성기(fractional synthesizer)를 나타낸 블록도.
도 4A 내지 도 4C, 도 5의 (a) 내지 (c), 도 6의 (a) 내지 (c), 도 7A 내지 도 7C 및 도 8A 내지 도 8C는 일반적으로 MEMS 발진기의 출력 신호 대 온도, 보상 회로의 여러가지 예시적인 동작 또는 기능 대 온도의 일반적인 특성, 및 온도 및/또는 초기 에러에 걸친 보상된 MEMS 발진기의 어떤 특성을 나타낸 도면.
도 9A 내지 도 9D는 본 발명의 어떤 측면에 따른 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 보다 상세히 나타낸 블록도.
도 10A 내지 도 10D는 본 발명의 어떤 다른 측면에 따른, 주파수 분주기 회로를 포함하는 MEMS 발진기를 상세히 나타낸 블록도.
도 11A 및 도 11B는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 복수의 출력 신호를 포함하는 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 블록도.
도 12A 및 도 12B는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 복수의 출력 신호를 포함하는 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 블록도.
도 13A 및 도 13B는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 복수의 출력 신호의 독립적인 주파수 및 위상 제어를 포함하는 주파수 체배기 회로 및 주파수 분주기 히로를 갖는 MEMS 발진기를 나타낸 블록도.
도 14A 내지 도 14D는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 주파수 체배기/분주기 회로 및 제2 체배기/분주기 회로를 갖는 MEMS 발진기를 나타낸 블록도.
도 15A는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 공통 기판 내에 또는 그 상에 집적되어 있는 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 평면도 (즉, 3차원) 블 록도.
도 15B는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 공통 기판 내에 또는 그 상에 집적되어 있는 집적 온도 센서를 포함하는 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 평면도 블록도.
도 15C 내지 도 15F는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 공통 기판 내에 또는 그 상에 집적되어 있는 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 평면도 블록도.
도 16A 내지 도 16C는 본 발명의 어떤 측면에 따른, MEMS 부분 및 보상 및 제어 회로가 개별적인 기판 상에 또는 그 내에 배치되어 있는 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 평면도 블록도.
도 17A 내지 도 17C는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 도 13A 및 도 13B의 MEMS 발진기의 상호 연결 기술을 나타낸 평면도 블록도.
도 18A 내지 도 18H는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 보상 및 제어 회로의 일부분을 갖는, 공통 기판 내에 또는 그 상에 집적되어 있는 MEMS 발진기의 일부분을 나타낸 단면도.
도 19A 내지 도 19D는 본 발명의 어떤 특징에 따른, 구동 회로가 보상 및 제어 회로의 기판 상에 배치되어 있는 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 평면도 블록도.
도 20은 본 발명의 어떤 측면에 따른, 보상된 MEMS 발진기의 구동 회로 부분이 MEMS 공진기 및 보상 및 제어 회로를 포함하는 기판과 다른 기판 상에 또는 그 내에 배치되어 있는 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 평면도 블록도.
도 21A 및 도 21B는 본 발명의 어떤 측면에 따른 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 블록도.
도 22A 및 도 22B는 본 발명의 어떤 측면에 따른, 변조 회로와 함께 구현된 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기를 나타낸 블록도.
도 23A 내지 도 23C 및 도 24A 내지 도 24I는 보상 회로의 여러가지 토폴로지에 대해 이용될 수 있는 특정의 클럭 또는 신호 정렬 회로의 예시적인 대체 및/또는 치환을 나타낸 도면.
이하의 상세한 설명에서, 첨부 도면이 참조되고 있다. 이들 도면은 본 발명의 서로 다른 측면을 나타낸 것으로서, 적절한 경우 서로 다른 도면에서 유사한 구조, 구성요소, 물질 및/또는 요소를 나타내는 참조 번호가 유사하게 부기되어 있다. 구체적으로 도시된 것 이외의 구조, 구성요소, 물질 및/또는 요소의 여러가지 조합이 생각되고 본 발명의 범위 내에 속함을 잘 알 것이다.
본 명세서에 많은 발명들이 기술되고 예시되어 있다. 한 측면에서, 본 발명은 고도로 정확한, 안정된, 제어가능한, 프로그램가능한, 정의가능한 및/또는 선택가능한 출력 신호(들)를 제공하는 주파수 및/또는 위상 보상된 MEMS 발진기(이후부터, "주파수/위상 보상된 MEMS 발진기" 또는 "보상된 MEMS 발진기"라고 함)에 관한 것이다. 이 점에서, 출력 신호(들)의 제어가능한, 프로그램가능한, 정의가능한 및/또는 선택가능한 측면은 출력 신호의 주파수 및/또는 위상일 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 미리 정해진, 미리 정의된 및/또는 특정의 주파수(예를 들어, 1Hz 내지 100kHz의 낮은 주파수, 1 내지 100 MHz의 보다 중간의 주파수 또는 1 내지 10 GHz의 높은 주파수) 및/또는 원하는 위상(예를 들어, 0°, 90°, 및/또는 180°)을 갖는 고도로 정확한, 안정된, 제어가능한, 프로그램가능한, 정의가능한 및/또는 선택가능한 출력 신호(들)를 제공할 수 있다. 실제로, 출력 신호의 주파수 및/또는 위상은 설계, 제조, 패키징 및/또는 회로 내에 구현 이전에 및/또는 그 이후에 조정, 보상, 제어, 프로그램, 정의 및/또는 선택될 수 있다.
도 2A 내지 도 2E를 참조하면, 본 발명의 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)는 기지의 주파수를 갖는 일시적으로 반복하는 출력 신호를 제공하기 위해 MEMS 공진기(12) 및 구동 회로(14)(즉, MEMS 발진기(10))를 이용한다. 특히, MEMS 공진기(12) 및 구동 회로(14)는 예를 들어 본 발명의 배경에서 전술한 것을 비롯하여, 현재 알려져 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든 상관없이 임의의 유형의 MEMS 설계 및/또는 제어를 이용할 수 있다. 실제로, 본 발명의 구동 회로(14)는 출력 신호의 주파수를 제어 및/또는 조정하는 회로를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다.
MEMS 발진기(10)의 출력은 보상 및 제어 회로(16)에 제공된다. 일 실시예에서, 보상 및 제어 회로(16)는 MEMS 발진기(10)의 출력을 수신하고 MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수 및/또는 위상을 조정, 보상, 정정 및/또는 제어하는 주파수 및/또는 위상 보상 회로(18)(이후부터 "보상 회로(18)"이라 함)를 포함한다. 이 점에서, 보상 회로(18)는 예를 들어 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 조정된, 정정된, 보상된 및/또는 제어된 출력을 제공하기 위해 MEMS 발진기(10)의 출력을 사용한다.
보상 회로(18)의 출력 신호의 특성(주파수 및/또는 위상)은 예를 들어 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 출력 신호를 제공하기 위해 사전-설정되고, 사전-프로그램되고 및/또는 프로그램가능할 수 있다. 출력 신호의 특성은 예를 들어, 제조, 테스트, 및/또는 캘리브레이션 동안에 사전-프로그램되거나 프로그램가능할 수 있다. 실제로, 출력 신호의 특성은 또한 정상 동작 동안에 프로그램될 수 있다.
보상 회로(18)는 하나 이상의 위상 동기 루프(phase locked loop, PLL), 지연 동기 회로(delay locked loop, DLL), 디지털/주파수 합성기(예를 들어, 직접 디지털 합성기(direct digital synthesizer, DDS), 주파수 합성기, 소수 합성기 및/또는 수치 제어 발진기) 및/또는 주파수 동기 루프(frequency locked loop, FLL)를 이용할 수 있다. 이들 실시예에서, MEMS 발진기(10)의 출력은 기준 입력 신호(즉, 기준 클럭)로서 이용된다. PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL은 주파수 체배(frequency multiplication)를 제공할 수 있다(즉, MEMS 발진기의 출력 신호의 주파수를 증가시킬 수 있다). PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL은 또한 주파수 분주(frequency division)를 제공할 수 있다(즉, MEMS 발진기의 출력 신호의 주파수를 감소시킬 수 있다). 게다가, PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL은 또한 MEMS 공진기의 출력 신호의 특성(예를 들어, 주파수, 위상 및/또는 지터)을 조정, 정정, 보상 및/또는 제어하기 위해 체배 및/또는 분주를 사용하여 보상할 수 있다. 특히, 일반적인 또는 종래의 PLL 및 DLL의 실시예의 블록도가 도 3A 및 도 3B에 각각 제공되어 있고, 일반적인 또는 종래의 DSS의 실시예의 블록도가 도 3C 및 도 3D에 제공되어 있다.
보상 회로(18)에 의한 체배 또는 분주(및/또는 위상 조정)는 미세한 증분 또는 조악한 증분으로 될 수 있다. 예를 들어, 보상 회로(18)는 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호를 정밀하게 선택, 제어 및/또는 설정하기 위해 정수 PLL(integer PLL), 소수 PLL(fractional PLL) 및/또는 미세-소수형(fine-fractional-N) PLL을 포함할 수 있다. 이 점에서, 선택된 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 출력 신호를 제공하기 위해 사전-설정되고, 사전-프로그램되며 및/또는 프로그램가능할 수 있는 MEMS 발진기(10)의 출력은 원하는, 소수형(fractional-N) PLL 및/또는 미세-소수형(fine-fractional-N) PLL(이후부터는 다함께 "소수형(fractional-N) PLL"이라 함)의 입력에 제공될 수 있다. 특히, 일반적인 또는 종래의 소수형(fractional-N) PLL 및 소수 합성기의 실시예의 블록도는 각각 도 3E 및 도 3H에 제공되어 있고, 일반적인 또는 종래의 소수형(fractional-N) PLL의 실시예의 블록도는 도 3F 및 도 3G에 제공되어 있다.
특히, 일 실시예에서, 예를 들어 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 조정된, 정정된 및/또는 제어된 출력을 생성 및/또는 제공하기 위해(즉, 보상 회로(18)의 기능) 보상 회로(18)에 의해 이용되는 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수는 보상된 MEMS 발진기(100)의 동작 이전에 또는 동작 동안에 외부에서 보상 회로(18)에 제공될 수 있다. 이 점에서, 사용자 또는 외부 회로/장치/시스템은 보상 회로(18) 및/또는 보 상된 MEMS 발진기(100)의 성능을 설정, 변경, 향상 및/또는 최적화하기 위해 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 나타내는 정보를 제공할 수 있다. 계속하여 도 2B를 참조하면, 이러한 정보는 보상 회로(18)에 직접 또는 보상 회로(18)에 의해 사용되는 메모리(20)에 제공될 수 있다.
특히, 보상 회로(18)는 또한 복수의 출력을 제공할 수 있으며, 이 출력 각각은 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 상대 또는 절대 주파수 및/또는 위상을 갖는다. 예를 들어, 본 발명의 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)는 다수의 출력 신호를 제공할 수 있으며, 이들 출력 각각은 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 주파수(예를 들어, MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 주파수의 1/4, 1/2 및/또는 2배)는 물론 기준 입력 및/또는 다른 출력 신호에 대해 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 위상 관계(예를 들어, 0°, 45°, 90° 및/또는 180°)를 갖는다. 실제로, 주파수 및/또는 위상 관계는 예를 들어 제조, 테스트, 캘리브레이션 동안에 및/또는 정상 동작 동안에 프로그램가능할 수 있다. 특히, 복수의 출력은 동일한 또는 별도의 또는 서로 다른 보상 회로(18)에 의해 생성될 수 있다.
도 2C 내지 도 2E를 참조하면, 어떤 실시예에서, 보상된 MEMS 발진기(100)는 보상 회로(18)를 제어하는 제어 회로(22)를 포함한다. 이 점에서, 일 실시예에서 제어 회로(22)는 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호(들)의 속성 및/또는 특성(예를 들어, 주파수, 위상, 변조, 확산, 지터, 듀티비, 동기(locking)/응답 시간, 잡음 차단(noise rejection) 및/또는 잡음 면역(noise immunity))이 적합하고, 원하는 것이고 및/또는 미리 정해진 또는 사전 선택된 한계 내에(예를 들어, 원하는, 적당한 및/또는 미리 정해진 주파수의 25 ppm 및 원하는, 적당한 및/또는 미리 정해진 위상 및/또는 듀티비의 1% 이내에) 있도록 보상 회로(18)가 MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수 및/또는 위상을 조정, 정정 및/또는 제어하는 데 필요한 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수(예를 들어, PLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 DLL에 대한 파라미터 및/또는 계수)를 제공, 계산 및/또는 (예를 들어 제조, 테스트, 캘리브레이션 동안에 및/또는 동작 동안에 동적으로 프로그램될 수 있는 로컬 및/또는 상주/집적 메모리(20)에 존재하는 데이터 및/또는 외부 입력에 기초하여) 결정할 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 보상 회로(18)를 설정 및/또는 제어하기 위해 제어 회로(22)에 의해 이용되는 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수는 보상된 MEMS 발진기(100)의 동작 이전에 또는 동작 동안에 외부에서 제어 회로(22)에 제공될 수 있다. 이 점에서, 사용자 또는 외부 회로/장치/시스템은 보상 회로(18) 및/또는 보상된 MEMS 발진기(100)의 성능을 설정, 변경, 향상 및/또는 최적화하기 위해 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 나타내는 정보를 제공할 수 있다. 이러한 정보는 제어 회로(22)에 직접 또는 제어 회로(22)에 의해 사용되는 메모리(20)에 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 보상 회로(18)을 설정, 프로그램 및/또는 제어하기 위해 제어 회로(22)에 의해 이용되는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수는 예를 들어 이 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 나타내는 정보를 SRAM, DRAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 기타 등등의 메모리에 영구적으로, 반영구적으로 또는 일시적으로 (즉, 재프로그램될 때까지) 저장함으로써(예를 들어, 패키지 상의 어떤 핀 또는 핀들의 상태를 구성함으로써) 사전-프로그램 또는 사전-설정될 수 있다. 본 발명의 이 실시예에서, 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 나타내는 정보는 예를 들어 SRAM, DRAM, ROM 또는 EEPROM에 저장될 수 있다. 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 나타내는 정보는 제조, 테스트, 캘리브레이션 및/또는 동작 동안에 메모리(20)에 저장되거나 프로그램될 수 있다. 이와 같이, 제어 회로(22)는 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)의 시동/전원 켜기, 초기화, 재초기화 동안에 및/또는 정상 동작 동안에 필요한 정보를 검색하기 위해 메모리(20)에 액세스할 수 있다.
유의해야 할 점은 메모리(20)가 개별 부품으로 이루어져 있을 수 있거나 보상 회로(18), 제어 회로(22) 및/또는 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)를 포함하는 집적 회로 상에 또는 그 내에 존재할 수 있다는 것이다.
특히, 제어 회로(22)는 또한 MEMS 발진기(10)의 동작을 제어할 수 있다. (예를 들어, 도 2D 및 도 2E를 참조할 것) 예를 들어, 제어 회로(22)는 MEMS 공진기(12)(직접) 및/또는 구동 회로(14)의 동작을 제어할 수 있으며, 이 구동 회로(14)는 차례로 MEMS 공진기(12)의 동작 및/또는 성능을 조정한다. 이와 같이, MEMS 발진기(10)의 출력 신호는 주어진, 미리 정해진 및/또는 원하는 범위(예를 들어, 1-100 MHz ± 10 ppm) 내의 주파수를 갖는 신호를 제공하기 위해 조정, 정정 및/또는 제어될 수 있다. 현재 공지되어 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든 MEMS 발진기(10)의 동작을 제어하는 모든 기술은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다. MEMS 발진기의 동작을 제어하는 데 사용되는 정보 또는 데이터는 보상 회로(18)를 제어하는 데 이용되는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수와 관련하여 상기한 바와 동일한 방식으로 외부에서 제공될 수 있거나 메모리(20) 내에 보유되어 있을 수 있다.
도 2E를 참조하면, 본 발명의 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)는 또한 온도 센서 회로(24)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 온도 센서 회로(22)는 하나 이상의 개별 온도 센서(개별적으로 도시되어 있지 않고 온도 센서(26)로 집합적으로 도시되어 있음)부터 (온도 센서(들)(26)를 통해) MEMS 발진기(10)(또는 그의 일부분) 및/또는 보상 회로(18)의 온도를 나타내는 데이터(아날로그 또는 디지털 형태의 전류 또는 전압)를 수신한다. 이에 응답하여, 온도 센서 회로(24)는 대응하는 동작 온도(즉, MEMS 발진기(10)(또는 그의 일부분) 및/또는 보상 회로(18)의 동작 온도)를 나타내는 정보를 결정 및/또는 계산한다. 이 점에서, (예를 들어, 다이오드(들), 트랜지스터(들), 저항기(resistor)(들) 또는 배리스터(varistor)(들)로부터의) 하나 이상의 온도 센서, 및/또는 하나 이상의 MEMS 구조가 MEMS 발진기(10) 및/또는 보상 회로(18)의 기판의 선택된, 중요한 및/또는 "임계" 위치에 배치될 수 있다.
온도 센서 회로(24)는 제어 회로(22)에 정보를 제공하며, 이 제어 회로는 이에 응답하여 온도의 변화를 해소 및/또는 보상하기 위해 새로운 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수(또는 절대 정보), 또는 기존의 또는 현재의 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수에 대한 조정(즉, 상대 정보)을 결정 또는 계산할 수 있다. 이 점에서, 제어 회로(22)는 보상 회로(18)가 적당한, 원하는 및/또는 미리 정해진 출력 신호(들)(예를 들어, 원하는, 적당한 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 신호)를 생성 및/또는 제공하는 데 필요한 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수(또는 그에 대한 조정)를 결정 및/또는 계산할 수 있다.
실제로, 제어 회로(22)는 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100) 또는 그의 일부(예를 들어, MEMS 발진기(10) 및/또는 보상 회로(18))의 동작 조건 및/또는 환경의 변화에 따라 MEMS 발진기(10)의 동작을 조정할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제어 회로(22)는 구동 회로(14)를 통해 MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수를 (직접) 및/또는 (간접적으로) 제어하기 위해 온도 센서 회로(24)로부터의 데이터를 이용할 수 있다. 이와 같이, MEMS 발진기(10)의 출력 신호는 동작 조건 및/또는 환경의 변화를 수용 및/또는 보상하기 위해 조정, 정정 및/또는 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 회로(22)는 주변 온도(즉, MEMS 발진기(10)의 온도)의 변화를 보상 및/또는 정정하기 위해 MEMS 발진기(10)의 동작을 조정 및/또는 제어하는 데 룩업 테이블 및/또는 미리 정해진 또는 수학적 관계를 이용한다.
다른 실시예에서, 제어 회로(22)는 예를 들어 주어진, 미리 정해진 및/또는 원하는 범위 내의 주파수 및/또는 위상을 갖는 신호를 제공하기 위해 MEMS 발진기(10) 및 보상 회로(18)의 성능 특성을 조정, 정정 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(22)는 상기한 바와 같이 MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수를 조정, 정정 및/또는 제어할 수 있다. 게다가, 제어 회로(22)는 또한 MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수의 조정, 정정 및/또는 제어의 결과로서 보상 회로(18)에 의해 사용되는 새로운 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수(또는 현재의 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수에 대한 조정)를 결정 및/또는 계산할 수 있다. 이와 같이, MEMS 발진기(10) 및 보상 회로(18)의 동작 조건 및/또는 환경이 주어지면 보상된 MEMS 발진기(100)의 보다 최적의 성능이 달성될 수 있다.
온도에 따른 MEMS 발진기(10)의 출력 신호, 온도에 따른 보상 회로(18)의 일반적인 예시적인 보상 동작 또는 기능, 및 온도에 따른 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호(즉, 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 가짐)가 도 4A 내지 도 4C, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6c, 도 7A 내지 도 7C 및 도 8A 내지 도 8C에 전반적으로 도시되어 있다. 이 점에서, 각각의 경우에 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호는 주어진, 미리 정해진 및/또는 특정의 주파수 및/또는 온도에서 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 특성(예를 들어, 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상)을 포함한다. 각각의 경우에서의 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호는 또한 한 세트의 또는 어떤 범위의 주파수 및/또는 한 세트의 또는 어떤 범위의 온도에 걸쳐 주파수에 대한 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4C, 도 5c 및 도 8C를 참조하면, 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호의 주파수 대 온도는 일정하거나 "평탄"하고(또는 실질적으로 일정하거나 평탄하고), 그 자체로서 주파수는 어떤 범위의 온도(예를 들어, 보상된 MEMS 발진기(100)의 동작 온도)에 걸쳐 일정한 상태로(또는 실질적으로 일정한 상태로) 있다.
특히, 도 5b 및 도 6b는 도 4B, 도 7B 및 도 8B에 나타낸 것보다 회로(18)에 의한 더 거친 주파수 보상을 포함하고 있다. 게다가, 보상 회로(18)의 기능(예를 들어, 도 6b 및 도 7B를 참조)은 온도에 걸쳐 일정하거나 "평탄"하지 않지만(예를 들어 도 6c 및 도 7C를 참조) 타당하고 및/또는 적당한 원하는 및/또는 미리 정해진 규격 내에 있는 특정의 출력 신호 특성을 제공하도록 설계될 수 있다. 이 점에서, 보상 회로(18)의 기능은 충분히 또는 완전히 보상하지는 않지만 "편차"의 양은 타당한, 미리 정해진 및/또는 규정된 한계 내에 있거나 있을 수 있다(도 6c 및 도 7C 참조).
게다가, 도 5a를 참조하면, 온도에 따른 MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 주파수는 불연속적인 관계를 가질 수 있다. 이 실시예에서, MEMS 공진기(12)는 온도 변동에 대해 부분적으로 보상 및/또는 설계될 수 있다. 그 자체로서, 도 5a 내지 도 5c의 실시예에서, MEMS 발진기(10) 및 보상 회로(18) 각각은 어떤 범위의 온도에 걸쳐 및/또는 미리 정해진 온도를 부분적으로 보상하고 및/또는 그 보상에 기여한다. 온도 또는 좁고 및/또는 이산적 범위의 온도에 따른 MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 특성은 (예를 들어, 주어진/특정의 발진기 설계 및/또는 물질에 대한 관계에 기초한 온도에 따른 예상된 또는 미리 정해진 주파수 응답에 기초하여) 공지된 수학적 모델링 기술을 사용하여 결정될 수 있다. 이들 특성은 또한 경험 및/또는 실제 데이터 또는 측정치를 사용하여 결정될 수 있다. 경험 데이터는 출력 주파수 대 온도의 함수 또는 관계를 외삽(extrapolate) 및/또는 결정하는 데 이용될 수 있다. 이 관계는 하나, 일부 또는 모든 장치에 대해 결정될 수 있다. 다른 대안으로서, 하나 이상의 MEMS 발진기(10)에 대해 관계가 결정될 수 있고, 이는 이어 서 모든 "유사한" MEMS 발진기(예를 들어, 주어진 제조 "로트" 또는 "로트들"로부터 나온 모든 MEMS 발진기, 즉 동일한 웨이퍼(들)로부터의 장치)에 대해 이용될 수 있다.
MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 주파수는 어느 정도는 제조 프로세스의 제조 변동은 물론 재료에 의존한다. 그에 따라, MEMS 발진기(10a, 10b, 10c)가 동일한 기술을 사용하여 제조될 수 있지만, 주파수는 다를 수 있다(도 8A를 참조). 특히, 이들 변동은 MEMS 발진기가 주어진 시스템에 구현될 때 상당한 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 어떤 실시예에서, MEMS 발진기(10a, 10b, 10c)의 출력 신호의 "초기" 주파수(즉, fa, fb, fc)가 측정될 수 있고 그 후에 보상 회로(18)의 기능이 결정, 설정 및/또는 프로그램될 수 있다(도 8B를 참조). 이 점에서, 초기 주파수는 주어진 또는 특정의 온도(예를 들어, 상온 또는 예상된 동작 온도)에서의 MEMS 발진기(10)의 주파수일 수 있다. MEMS 발진기(10)의 "초기" 주파수는 패키징 또는 집적/내장 이전에 및/또는 그 이후에 측정, 샘플링, 검지될 수 있다. MEMS 발진기(10)는 또한 2개 이상의 동작 조건(예를 들어, 온도)에서 캘리브레이션될 수 있다.
이들 실시예에서, MEMS 발진기(10a, 10b, 10c)의 출력 신호의 초기 주파수는 (각각) 보상 회로(18a, 18b, 18c)의 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수를 계산 및/또는 결정하는 데 이용될 수 있다. 이와 같이, 보상 회로(18a, 18b, 18c)의 기능은 MEMS 발진기(10a, 10b, 10c)의 출력 신호의 특 정의 특성을 해소 및/또는 보상하기 위해 서로 다를 수 있다(도 8B를 참조). 그 자체로서, MEMS 발진기(100a, 100b, 100c)는 (각각) MEMS 발진기(10a, 10b, 10c)의 출력 신호의 초기 주파수의 차이에 상관없이 주어진, 미리 정해진 또는 특정의 주파수 및/또는 온도에서(또는 어떤 범위의 주파수 및/또는 온도에서) 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 특성을 갖는 출력 신호를 생성 및/또는 제공한다(도 8C를 참조).
그렇지만, 특히 어떤 실시예에서, MEMS 발진기(10)의 어떤 캘리브레이션도 수행되지 않으며, (MEMS 발진기(10)의 캘리브레이션이 없음으로 인한) 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호의 특성에 대한 임의의 조정이 보상 및 제어 회로(16)(및/또는 보상 회로(18))에 의해 해결될 수 있다. 이 실시예에서, MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 특성(예를 들어, MEMS 발진기(10)의 초기 주파수)의 변동/차이를 고려 또는 보상하기 위해 어떤 범위의 프로그램가능성을 제공하는 토폴로지를 이용하는 것이 유리할 수 있다.
도 4A 내지 도 4C, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6c, 도 7A 내지 도 7C, 및 도 8A 내지 도 8C는 주파수 관계를 나타내고 있지만, 위상 관계도 유사하며 및/또는 주파수 관계와 수학적으로 관계되어 있다. 그에 따라, 이러한 도면들은 위상 및/또는 위상 관계가 그로부터 추출 또는 결정될 수 있음을 암시한다.
도 9A를 참조하면, 일 실시예에서, 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)는 MEMS 발진기(10), 및 보상 및 제어 회로(16)를 포함한다. MEMS 발진기(10)의 출력 신호는 보상 회로(18)에 제공된다. MEMS 발진기(10)는 예를 들어 단일 종단형 신 호(single ended signal) 및/또는 차동 신호 쌍(differential signal pair)을 제공 또는 전송하기 위해 (하나 이상의 신호 라인 상의) 하나 이상의 출력 신호를 포함할 수 있다. 그 자체로서, MEMS 발진기(10)는 예를 들어 차동 신호를 포함하는 하나 이상의 신호를 제공할 수 있다.
이 실시예에서, MEMS 발진기(10)의 출력 신호는 주파수 체배기 회로(28)에의 입력 신호로서 제공된다. 주파수 체배기 회로(28)는 MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수를 제어가능하게 증가시키는 데 이용된다. 예를 들어, 본 발명의 이 실시예는 안정된 중간 주파수(예를 들어, 1-100MHz) 또는 안정된 높은 주파수(예를 들어, 1-10GHz)를 갖는 고도로 제어가능한, 프로그램가능한, 정의가능한, 선택가능한 및/또는 정확한 출력 신호를 제공하는 데 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 주파수 체배기 회로(28)는 하나 이상의 FLL, PLL, DLL 및/또는 디지털/주파수 합성기(예를 들어, 수치 제어 발진기)를 포함한다. 이 실시예의 주파수 체배기 회로(28)는 MEMS 발진기(10)의 아날로그 출력을 수신한다. FLL(들), PLL(들), DLL(들) 및/또는 디지털/주파수 합성기(들)는 특정의 정밀한 및/또는 선택가능한 주파수 및 위상이 획득되도록 직렬로 케스케이드(cascade)되어 있을 수 있다. 특히, FLL(들), PLL(들), DLL(들), 및/또는 디지털/주파수 합성기(들)(예를 들어, DDS(들))의 동작 및 구현은 당업자에게는 잘 알려져 있다. 현재 공지되어 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든간에 임의의 FLL, PLL, DLL 및/또는 디지털/주파수 합성기는 물론 그의 구성 또는 그에 대한 대안은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
특히, 정밀하고 제어가능한 주파수 또는 주파수 범위를 생성 및/또는 출력하는 데 소수형(fractional-N) PLL을 이용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 소수형(fractional-N) PLL은 시그마-델타 변조기 또는 분주기(sigma-delta modulator or divider), 또는 디지털-아날로그 변환기 램프(digital to analog converter ramp)를 포함하는 경향이 있다. 이와 같이, 주파수 체배기 회로(28)는 정밀한 주파수 또는 주파수 범위를 제공하기 위해 프로그램 및/또는 제어될 수 있다. 예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL은 SA8028 또는 AN10140(둘다 네덜란드의 Philips Semiconductors 제품임), CX72300(미국 캘리포니아주 뉴포트 비치 소재의 Skyworks Solutions Inc.의 제품임), 및 KR-SDS-32, KR-SHDS-32 및 KR-SDS45-ST6G(모두 캐나라 온타리오주 Kaben Research Inc.의 제품임)일 수 있다(또는 그와 유사한 것일 수 있다). 이들 예시적인 소수형(fractional-N) PLL은 출력 주파수의 미세하게 제어되고 선택가능한 분해능을 제공한다. 특히, 소수형(fractional-N) PLL(들)의 구현 및 동작은 적용 사례(application note), 기술/저널 논문 및 데이터 시트에 상세히 기술되어 있다.
게다가, 정밀하고 제어가능한 주파수 또는 주파수 범위를 생성 및/또는 출력하는 데 디지털/주파수 합성기(예를 들어, DDS 및/또는 수치 제어 발진기)를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 디지털/주파수 합성기는 STEL-1172, STEL-1175 및/또는 STEL-1178A(모두 미국 캘리포니아주 산타클라라 소재의 Intel Corporation 제품임) 및/또는 AD9954(미국 메사츄세츠주 노어우드 소재의 Analog Devices, Inc.의 제품임)일 수 있다(또는 그와 유사한 것일 수 있다). 디지털/주 파수 합성기(예를 들어, DDS)의 구현 및 동작 모두는 적용 사례, 기술/저널 논문 및 데이터 시트에 상세히 기술되어 있다.
계속하여 도 9A를 참조하면, 상기한 바와 같이, 제어 회로(22)는 주파수 체배기 회로(28)가 보상 회로(18)의 출력 신호(30)의 주파수 및/또는 위상을 조정, 정정 및/또는 제어하는 데 필요한 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL 또는 DDS에 대한 파라미터 및/또는 계수)를 제공, 계산 및/또는 결정할 수 있다. 이와 같이, 신호 라인(30) 상의 출력 신호(들)는 적당한, 원하는, 미리 정해진 속성 및/또는 특성(예를 들어, 주파수, 위상, 지터, 듀티비, 동기/응답 시간, 잡음 차단 및/또는 잡음 면역)을 내포 및/또는 가지고 있다. 예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL이 이용되는 경우, 제어 회로(22)는 사전-분주기 M에 대한 정수값 및/또는 소수 분주기 N에 대한 값의 데이터를 데이터/제어 신호 라인(32)을 통해 주파수 체배기 회로(28)에 제공할 수 있다.
제어 회로(22)는 본 명세서에 기술된 기능 및/또는 동작을 수행하도록 적절히 프로그램되어 있는 마이크로프로세서(들) 및/또는 제어기(들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 마이크로프로세서 및/또는 제어기는 정확한, 적당한, 원하는 및/또는 미리 정해진 특성을 갖는 출력 신호(들)(예를 들어, 원하는, 적당한 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 신호)를 생성 및/또는 제공하는 데 보상 회로(18)에 의해 이용되는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 계산하는 기능 및/또는 동작을 수행할 수 있다. 현재 알려져 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든간에 보상 회로(18)에 의해 이용되는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계 수를 계산하는 모든 구성 및 기술은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
특히, 제어 회로(22)는 (마이크로프로세서 및/또는 제어기 대신에 또는 그에 부가하여) 상태 머신을 포함할 수 있다. 즉, 본 명세서에 기술된 기능 및/또는 동작은 상태 머신 회로(들)에 의해 단독으로 또는 프로세서 및/또는 제어기와 함께 실행 및/또는 구현될 수 있다. 상태 머신은 고정되어 있을 수 있고, 마이크로코딩되어 있을 수 있으며 및/또는 프로그램가능할 수 있다.
주파수 체배기 회로(28)를 설정, 프로그램 및/또는 제어하기 위해 제어 회로(22)에 의해 이용되는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수는 보상된 MEMS 발진기(100)의 동작 이전에 또는 동작 동안에 외부에서 제어 회로(22)에 제공될 수 있다. 이 점에서, 상기한 바와 같이, 사용자/오퍼레이터 또는 외부 회로/장치/시스템은 신호 라인(30) 상의 출력 신호(들)의 특성을 설정, 변경, 향상 및/또는 최적화하기 위해 데이터 신호 라인(34)을 통해 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 나타내는 정보를 제공할 수 있다. 이러한 정보는 제어 회로(22)에 직접 또는 제어 회로(22)에 의해 사용될 메모리(20)에 제공될 수 있다.
이 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수는 또한 예를 들어 메모리(20)에 영구적으로, 반영구적으로 또는 일시적으로 저장됨으로써 사전-프로그램될 수 있다. 이 정보는 제조, 테스트, 캘리브레이션 및/또는 동작 동안에 메모리(20)에 저장되거나 프로그램될 수 있다. 이와 같이, 제어 회로(22)는 주파수 체배기 회로(28)의 시동/전원 켜기, 초기화, 재초기화 동안에 및/또는 정상 동작 동안에 필요한 정보를 검 색하기 위해 메모리(20)에 액세스할 수 있다.
계속하여 도 9A를 참조하면, 이 실시예의 보상된 MEMS 발진기(100)는 온도 센서 회로(24)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 온도 센서 회로(24)는 하나 이상의 온도 센서(도시 생략)로부터 온도 데이터 라인(36) 상으로 데이터(아날로그 또는 디지털 형태의 전류 또는 전압)를 수신한다. 이에 응답하여, 온도 센서 회로(24)는 MEMS 발진기(10)의 동작 온도를 결정 및/또는 계산한다. 온도 센서 회로(24)는 신호 라인(38)을 통해 제어 회로(22)에 이 정보를 제공한다.
제어 회로(22)는 이에 응답하여 온도의 변화를 해소 및/또는 보상하기 위해 새로운 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수(즉, 절대 정보), 또는 기존의 또는 "현재의" 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수에 대한 조정(즉, 상대 정보)을 결정 또는 계산할 수 있다. 이 점에서, 제어 회로(22)는 MEMS 발진기(10)의 계산된 동작 온도가 온도의 변화를 해소 및/또는 보상하기 위해 기존의 또는 "현재의" 파라미터,기준, 값 및/또는 계수에 대한 조정(즉, 상대 정보)을 필요로 하는지를 판정할 수 있다. 그에 따라, 제어 회로(22)는 새로운 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수(즉, 절대 정보), 또는 기존의 또는 "현재의" 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수에 대한 조정을 결정 또는 계산하고 그 데이터를 데이터/제어 신호 라인(32)을 통해 주파수 체배기(28)에 제공할 수 있다.
그에 부가하여 또는 그 대신에, 제어 회로(22)는 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100) 또는 그의 일부(예를 들어, MEMS 발진기(10) 및/또는 보상 회로(18))의 동작 조건 및/또는 환경의 변화에 따라 MEMS 발진기(10)의 동작을 조정할 수 있 다. 예를 들어, 제어 회로(22)는 제어 라인(40)을 통해 MEMS 발진기(10), 특히 MEMS 공진기(12) 및/또는 구동 회로(14)의 출력의 주파수를 제어하는 데 온도 센서 회로(24)로부터의 데이터를 이용할 수 있다. 상기한 바와 같이, 구동 회로(18)를 제어함으로써, MEMS 공진기(12)의 동작 및/또는 성능이 그에 따라 조정될 수 있다. 이와 같이, MEMS 발진기(10)의 출력 신호는 동작 조건 및/또는 환경의 변화를 수용 및/또는 보상하기 위해 조정, 정정 및/또는 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 회로(22)는 주변 온도(즉, MEMS 발진기(10)의 온도)의 변화를 보상 및/또는 정정하기 위해 MEMS 발진기(10)의 동작을 조정 및/또는 제어하는 데 룩업 테이블 및/또는 미리 정해진 또는 수학적 관계를 이용한다.
특히, 온도 센서는 MEMS 발진기(10) 및/또는 보상 회로(18)의 기판 상에 또는 그 내에 배치 및/또는 위치되어 있는, 예를 들어 다이오드(들), 트랜지스터(들), 저항기(들) 또는 배리스터(들), 하나 이상의 MEMS 구조, 및/또는 다른 공지된 온도 감지 회로일 수 있다. 이하에서 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 온도 센서는 MEMS 발진기(10) 및/또는 보상 회로(18)의 여러가지, 중요한 및/또는 임계 부분의 온도를 감지, 샘플링 및/또는 검출하기 위해 (MEMS 발진기(10) 및 보상 회로(18)가 개별 기판 상에 또는 그 내에 위치되어 있는 경우에) MEMS 발진기(10)의 기판 및/또는 보상 회로(18)의 기판 내에 집적될 수 있다. 다른 대안으로서 또는 그에 부가하여, 온도 센서는 (예를 들어, 하이브리드 집적 또는 플립-칩 패키징 구성에서 보상 및 제어 회로(16)의 일부인(또는 그 내에 통합된)) MEMS 발진기(10), 특히 MEMS 공진기(12) 위쪽에 및/또는 그 아래쪽에 배치 및/또는 위치된 개별 장치 일 수 있으며(각각 도 17B 및 도 17C를 참조), 이에 대해서는 이하에 기술된다.
도 9B를 참조하면, 다른 실시예에서, 보상 회로(18)는 또한 주파수 분주기 회로(42)를 포함할 수 있다. 이 실시예는 제조, 테스트 및/또는 캘리브레이션 후에 및/또는 동작 동안에 넓은 범위의 출력 주파수를 갖는 신호(들)를 제공하는 유연성을 제공한다. 이 점에서, 도 9B의 보상된 MEMS 발진기(100)는 MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수보다 안정되고 정밀한 더 높은 또는 더 낮은 주파수를 갖는 출력 신호를 생성 또는 제공할 수 있다. 예를 들어, 이 실시예에서, 본 발명은 안정된 낮은 주파수(예를 들어, 1Hz-1MHz) 또는 안정된 중간 주파수(예를 들어, 1-2GHz) 또는 더 높은 주파수(예를 들어, 1-10GHz)를 갖는 고도로 제어가능한, 프로그램가능한, 정의가능한, 선택가능한 및/또는 정확한 출력 신호를 제공하는 데 이용될 수 있다. 즉, "사후(post)" 주파수 분주기 회로(42)는 주파수 체배기 회로(28)에 의해 출력된 비교적 높고 안정된 주파수를 예를 들어 1Hz - 10MHz의 비교적 더 낮은 안정된 주파수로 분주 또는 감소시키는 데 이용될 수 있다.
특히, 어떤 PLL은 보다 낮은 주파수(예를 들어, 10-50MHz)와 비교할 때 보다 높은 주파수(예를 들어, 1-2GHz)에서 더욱 정밀한/안정된 신호(예를 들어, 더욱 정밀한/안정된 주파수, 위상, 지터, 듀티비, 동기/응답 시간, 잡음 차단 및/또는 잡음 면역)를 출력할 수 있다. 그 자체로서, 이 실시예에서, 주파수 체배기 회로(28)의 출력은 보다 높은 주파수(예를 들어, 1-2GHz)에서의 정밀한/안정된 신호(들)를 보다 낮은 주파수(예를 들어, 1Hz-50MHz)를 갖는 정밀한/안정된 신호로 분주시키는 주파수 분주기 회로(42)에 제공될 수 있다. 이와 같이, 보상 회로(18)의 출력 신호의 특성은 (제조, 테스트, 및/또는 캘리브레이션 후에 및/또는 동작 동안에) 주파수 체배기 회로(28) 및/또는 주파수 분주기 회로(42)를 제어, 조정 및/또는 프로그램함으로써 특정의 응용에 대해 향상 및/또는 최적화될 수 있다.
주파수 분주기 회로(42)는 하나 이상의 PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL을 포함할 수 있다. 이 분주는 미세한 증분 또는 조악한 증분으로 될 수 있다. PLL, DLL 및/또는 FLL은 특정의, 정밀한, 안정된 및/또는 선택가능한 주파수 및 위상이 달성되도록 직렬로 케스케이드될 수 있다. 예를 들어, 보상 회로(18)는 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호를 정확하게 선택, 제어 및/또는 설정하기 위해 정수형(integer-N) 또는 소수형(fractional-N) PLL(또는 정밀하게 제어가능한 DLL, 미세-소수형(fine-fractional-N) DLL 또는 소수형(fractional-N) DLL(이후부터는 다함께 "소수형(fractional-N) DLL"이라고 함)), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 점에서, MEMS 발진기(10)의 출력은 MEMS 발진기(10)의 출력 신호보다 낮은 정밀한 및/또는 안정된 주파수를 갖는 출력 신호를 제공하기 위해 사전-설정, 사전-프로그램 및/또는 프로그램가능할 수 있는 소수형(fractional-N) PLL 또는 소수형(fractional-N) DLL의 입력에 제공된다.
주파수 체배기 회로(28)에서 이용되는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수는 제어 회로(22)에 의해(예를 들어, 도 9A 및 도 9B를 참조) 및/또는 외부에서 또는 메모리(20)를 통해(예를 들어, 도 9C를 참조) 제공될 수 있다. 이들 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수는 보상된 MEMS 발진기(100)의 동작 이전에 또는 동작 동안에 제공될 수 있다. 이 점에서, 상기한 바와 같이, 사용자/오퍼레이터 또는 외부 회 로/장치/시스템은 주파수 체배기 회로(28)를 설정, 변경 및/또는 프로그램하기 위해 데이터 신호 라인(34)을 통해 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 나타내는 정보를 제공할 수 있다. 실제로, 본 발명을 설명 및 예시하는 실시예들 모두에서, 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수는 제어 회로(22) 대신에(또는 그에 부가하여) 보상 회로(18)를 포함하는 회로에 직접 제공될 수 있다.
특히, 도 9D를 참조하면, 주파수 체배기 회로(28)는 각각이 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 특성(예를 들어, 주파수 및/또는 위상)을 갖는 복수의 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)는 MEMS 발진기(10)의 출력을 사용하여 다수의 정밀한, 안정된 및 제어가능한 출력 신호를 제공 및/또는 생성한다. 예를 들어, 주파수 체배기 회로(28)의 각각의 출력은 미리 정해진 주파수(예를 들어, 2.5x, 10x, 12.34x 또는 23.4567x MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 주파수)는 물론 다른 출력 신호들에 대한 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 위상 관계(예를 들어, 0°, 45°, 90°및/또는 180°)일 수 있다. 실제로, 주파수 및/또는 위상 관계는 예를 들어 제조, 테스트 및 캘리브레이션 동안에 및/또는 정상 동작 동안에 (예를 들어, 오퍼레이터, 외부 장치 또는 제어 회로(22)를 통해) 프로그램가능할 수 있다. 특히, 복수의 출력이 동일한 또는 별도의 또는 서로 다른 주파수 체배기 회로(28)에 의해 생성될 수 있다.
도 10A 및 도 10B를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 보상 회로(18)는 주파수 분주기 회로(42)를 포함한다. 이 점에서, 보상 회로(18)는 MEMS 발진 기(10)의 출력 신호의 주파수를 MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 주파수보다 낮은 정밀한 및/또는 안정된 주파수로 분주시킨다. 전술한 바와 같이, 주파수 분주기 회로(42)는 하나 이상의 PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기(예를 들어, DDS) 및/또는 FLL을 포함할 수 있다. 이 분주는 미세한 증분 또는 조악한 증분으로 될 수 있다. PLL, DLL 및/또는 FLL은 특정의, 정밀한, 안정된 및/또는 선택가능한 주파수 및 위상이 얻어지도록 직렬로 케스케이드되어 있을 수 있다. 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호의 특성은 단기간에 걸쳐(예를 들어, 1-10 마이크로초, 1-60 초 또는 1-10 분에 걸쳐) 또는 장기간에 걸쳐(예를 들어, 1-10 시간, 1-10 일 또는 1개월에 걸쳐) 정밀하고 및/또는 안정될 수 있다.
도 10C를 참조하면, 다른 실시예에서, 보상 회로(18)는 또한 주파수 체배기 회로(28)를 포함할 수 있다. 도 9B의 실시예와 유사하게, 이 실시예는 제조, 테스트 및/또는 캘리브레이션 후에 및/또는 동작 동안에 넓은 범위의 출력 주파수를 갖는 신호(들)를 제공하는 유연성을 제공한다. 이 점에서, 도 10C의 보상된 MEMS 발진기(100)는 MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수보다 안정되고 정밀한 더 높은 또는 더 낮은 주파수를 갖는 출력 신호를 생성 또는 제공할 수 있다. 예를 들어, 이 실시예에서, "사후(post)" 주파수 체배기 회로(28)는 주파수 분주기 회로(42)에 의해 출력된 비교적 낮고 안정된 주파수 출력을 예를 들어 1-50 GHz의 비교적 높은 안정된 주파수로 체배 또는 증가시키는 데 이용될 수 있다.
실제로, 주파수 분주기 회로(42)에서 이용될 수 있는 어떤 회로(예를 들어, 어떤 DLL)는 보다 낮은 주파수(예를 들어, 1-50 MHz)와 비교할 때 보다 높은 주파 수(예를 들어, 1-2 GHz)에서 보다 정밀한/안정된 신호(예를 들어, 보다 정밀한/안정된 주파수, 위상, 지터, 듀티비, 동기/응답 시간, 잡음 차단 및/또는 잡음 면역)를 출력할 수 있다. 그 자체로서, 일 실시예에서, 주파수 분주기 회로(42)의 출력은 보다 낮은 주파수(예를 들어, 1-50 MHz)에서 정밀한/안정된 신호(들)를 보다 높은 주파수(예를 들어, 1-2 GHz)를 갖는 정밀한/안정된 신호로 체배시키는 주파수 체배기 회로(28)에 제공될 수 있다. 이와 같이, 보상 회로(18)의 출력 신호의 특성은 (제조, 테스트 및/또는 캘리브레이션 후에 및/또는 동작 동안에) 주파수 분주기 회로(42) 및/또는 주파수 체배기 회로(28)를 제어, 조정 및/또는 프로그램함으로써 특정의 응용에 대해 향상 및/또는 최적화될 수 있다.
주파수 체배기 회로(28)는 하나 이상의 PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기(예를 들어, DSS) 및/또는 FLL을 포함할 수 있다. 이 체배는 미세한 증분 또는 조악한 증분으로 될 수 있다. PLL, DLL 및/또는 FLL은 특정의, 정밀한, 안정된 및/또는 선택가능한 주파수 및 위상이 얻어지도록 직렬로 케스케이드될 수 있다. 예를 들어, 보상 회로(18)는 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호를 정밀하게 선택, 제어 및/또는 설정하기 위해 정수형(integer-N) 또는 소수형(fractional-N) PLL 또는 소수형(fractional-N) DLL, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 점에서, MEMS 발진기(10)의 출력은 MEMS 발진기(10)의 출력 신호보다 낮은 정밀한 및/또는 안정된 주파수를 갖는 출력 신호를 제공하기 위해 사전-설정, 사전-프로그램 및/또는 프로그램가능할 수 있는 소수형(fractional-N) PLL 또는 소수형(fractional-N) DLL의 입력에 제공된다.
주파수 체배기 회로(28)에서 이용되는 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수는 제어 회로(22)에 의해(도 9A 및 도 9B를 참조) 및/또는 외부에서 또는 메모리(20)를 통해(예를 들어, 도 9C를 참조) 제공될 수 있다. 이들 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수는 보상된 MEMS 발진기(100)의 동작 이전에 또는 동작 동안에 제공될 수 있다. 이 점에서, 상기한 바와 같이, 사용자/오퍼레이터 또는 외부 회로/장치/시스템은 주파수 체배기 회로(28)를 설정, 변경 및/또는 프로그램하기 위해 데이터 신호 라인(34)을 통해 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 나타내는 정보를 제공할 수 있다. 실제로, 본 발명을 기술 및 예시하는 실시예들 모두에서, 이 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수는 제어 회로(22) 대신에(또는 그에 부가하여) 보상 회로(18)를 포함하는 회로에 직접 제공될 수 있다.
특히, 도 10D를 참조하면, 주파수 분주기 회로(42)는 각각이 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 특성(예를 들어, 주파수 및/또는 위상)을 갖는 복수의 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)는 MEMS 발진기(10)의 출력을 사용하여 다수의 정밀한, 안정된 및 제어가능한 출력 신호를 제공 및/또는 생성한다. 예를 들어, 주파수 분주기 회로(42)의 각각의 출력은 미리 정해진 주파수(예를 들어, 1x, 0.5x, 0.25x 또는 0.23456x MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 주파수)는 물론 다른 출력 신호들에 대한 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 위상 관계(예를 들어, 0°, 45°, 90° 및/또는 180°)일 수 있다. 실제로, 주파수 및/또는 위상 관계는 (예를 들어, 오퍼레이터, 외부 장치 또는 제어 회로(22)를 통해) 예를 들어, 제조, 테스트 및 캘리브레이션 동안에 및/또는 정상 동작 동안에 프로그램가능할 수 있다. 특히, 복수의 출력은 동일한 또는 별도의 또는 서로 다른 주파수 분주기 회로(42)에 의해 생성될 수 있다.
주파수 분주기 회로(42)(및 주파수 체배기 회로(28))에 의해 사용되는 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수는 제어 회로(22)에 의해(예를 들어, 도 10A를 참조) 및/또는 외부에서 또는 메모리(20)를 통해(예를 들어, 도 10B를 참조) 제공될 수 있다. 이들 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수는 보상된 MEMS 발진기(100)의 동작(예를 들어 제조, 테스트, 및/또는 캘리브레이션) 이전에 또는 동작 동안에 제공될 수 있다.
상기한 바와 같이, 보상된 MEMS 발진기(100)는 각각이 프로그램가능한, 정밀한, 안정된 및/또는 선택가능한 주파수 및/또는 위상을 갖는 복수의 출력 신호를 제공 및/또는 생성할 수 있다. 도 11A, 도 11B, 도 12A 및 도 12B를 참조하면, 몇개의 실시예에서, 주파수 분주기 회로(42)는 하나 이상의 PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기(예를 들어, DDS) 및/또는 FLL을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주파수 분주기 회로(42)가 DLL을 이용하는 경우, 각각의 출력 신호는 조정가능한 지연 요소들 간의 지연점(delay point) 중 하나일 수 있으며, 그에 의해 각각이 동일한(또는 실질적으로 동일한) 주파수를 갖지만 다른 출력 신호들에 대해 서로 다른 위상을 갖는 복수의 출력 신호를 제공한다.
게다가, 주파수 분주기 회로(42)는 복수의 PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL으로 이루어질 수 있다. 이 점에서, PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL은 MEMS 발진기(10)의 출력을 수신하고 각각이 프로그램가능한, 정밀 한, 안정된 및/또는 선택가능한 주파수 및/또는 위상을 갖는 복수의 출력 신호를 생성 및 제공하도록 병렬로 구성될 수 있다. 각각의 출력 신호의 특정의 주파수 및/또는 위상은 주파수 분주기 회로(42)에 의해 적용 및/또는 이용되는 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수에 의해 프로그램, 설정 및/또는 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 소수형(fractional-N) PLL이 이용되는 그 경우들에서, 각각의 소수형(fractional-N) PLL에 제공되고 및/또는 그 내에 프로그램되어 있는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수(예를 들어, 메인 및 보조 분주기 회로에 대한 정수 값 및/또는 소수형(fractional-N) 분주기 회로에 대한 값의 데이터)는 대응하는 출력 신호의 주파수를 결정한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 보상된 MEMS 발진기(100)는 복수의 프로그램가능한 출력 신호를 포함할 수 있다. 도 13A 및 도 13B를 참조하면, 일 실시예에서, 보상된 MEMS 발진기(100)는 복수의 주파수 분주기 회로(42)에 연결된 복수의 주파수 체배기 회로(28)를 갖는 보상 회로(18)를 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 주파수 분주기 회로(42)는 하나의 주파수 체배기 회로(28)와 연관되어 있다. 이 실시예에서, 보상된 MEMS 발진기(100)의 각각의 출력 신호는 다른 출력 신호들에 대해 독립적인 특성(예를 들어, 독립적인 주파수 및/또는 독립적인 위상)을 가질 수 있다.
도 14A 및 도 14B를 참조하면, 다른 실시예들에서, 보상된 MEMS 발진기(100)는 복수의 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)에 연결된 주파수 체배기 회로(28)(도 14A) 또는 주파수 분주기 회로(42)(도 14B)를 포함할 수 있다. 이 실시예 에서, 보상된 MEMS 발진기(100)의 각각의 출력 신호는 프로그램가능한 특성(예를 들어, 프로그램가능한 주파수 및/또는 프로그램가능한 위상)을 가질 수 있으며 그에 의해 복수의 프로그램가능한 출력 신호를 갖는 유연성있는 MEMS 발진기를 제공한다.
예를 들어, 이들 실시예에서, 주파수 체배기 회로(28)(도 14A) 및 주파수 분주기 회로(42)(도 14B)는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 안정되고 정밀한 출력 신호를 생성할 수 있다. 각각이 서로 다른 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 갖는 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)는 주파수 체배기 회로(28)(도 14A) 또는 주파수 분주기 회로(42)(도 14B)의 출력의 주파수 및/또는 위상과는 다른 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 출력 신호를 제공하기 위해 (예를 들어, 제조, 테스트, 캘리브레이션 동안에 및/또는 동작 동안에 동적으로) 프로그램, 사전-결정 및/또는 사전-설정될 수 있다.
도 14C 및 도 14D를 참조하면, 다른 실시예에서, 보상된 MEMS 발진기(100)는 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)에 연결된 주파수 체배기 회로(28)(도 14C) 또는 주파수 분주기 회로(42)(도 14D)를 포함할 수 있다. 도 14A 및 도 14B의 실시예와 유사하게, 이들 실시예에서, MEMS 발진기(10)의 출력 신호는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 안정되고 정밀한 출력 신호를 생성하기 위해 주파수 체배기 회로(28)(도 14C) 또는 주파수 분주기 회로(42)(도 14D)에 제공된다. 도 14C 및 도 14D의 주파수 체배기 회로(28) 및 주파수 분주기 회로(42)는 각각 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수의 변화에 "느리게" 반응하는 회로를 포함할 수 있다. 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)는 이러한 변화에 "신속하게" 반응하는 회로를 포함할 수 있다. 이와 같이, 도 14C 및 도 14D의 보상된 MEMS 발진기(100)는 신속하게 수정될 수 있는 주파수 및/또는 위상을 갖는 안정되고 정밀한 출력 신호를 제공하는 데 이용될 수 있다.
예를 들어, 주파수 체배기 회로(28)(도 14C) 및 주파수 분주기 회로(42)(도 14D)는 제1 주파수(예를 들어, 1MHz)를 갖는 출력 신호를 제공할 수 있다. 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)는 제2 주파수(예를 들어, 8MHz, 9MHz, 및/또는 10MHz)를 갖는 출력 신호를 제공하기 위해 신속하게 또 동적으로 프로그램 및/또는 재프로그램될 수 있다.
특히, 일 실시예에서, 주파수 체배기 회로(28)(도 14C) 및 주파수 분주기 회로(42)(도 14D)는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수의 변화에 "느리게" 반응할 수 있는 소수형(fractional-N) PLL 또는 소수형(fractional-N) DLL일 수 있다. 그렇지만, 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)는 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수의 변화에 빠르게 반응할 수 있는 정수형 PLL 또는 DLL일 수 있다. 그 자체로서, 주파수 체배기 회로(28)(도 14C) 및 주파수 분주기 회로(42)(도 14D)의 출력 신호의 주파수는 프로그래밍 및/또는 재프로그래밍에 신속하게 반응하고 또 기본 주파수의 정수배인 출력을 생성하기 위해 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)에 의해 이용되는 기본 주파수(base frequency)일 수 있다. 이 점에서, 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호의 주파수의 입도(granularity)는 기본 주파수에 의존한다.
예를 들어, 기본 주파수가 200 kHz이고 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44) 가 정수형 PLL 또는 DLL인 경우, 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호의 주파수는 예를 들어 10 MHz(즉, 배율(multiplication factor)이 50임), 10.2 MHz(즉, 배율이 51임), 10.4 MHz(즉, 배율이 52임) 또는 10.6 MHz(즉, 배율이 53임)일 수 있다. 특히, 도 14C 및 도 14D에 관한 설명은 또한 도 14A 및 도 14B에도 적용가능하다. 간단함을 위해, 그 설명을 반복하지 않는다.
특히, 보상 회로(18)에 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 공급 또는 제공하는 것은 물론 보상 회로(18)의 성능을 제어, 프로그램 및/또는 조정하는 본 명세서에 기재된 기술 및/또는 구성 전부는 도 11A, 도 11B, 도 12A, 도 12B, 도 13A, 도 13B, 도 14A 및 도 14B의 실시예/발명에 구현될 수 있다. 간략함을 위해, 이들의 설명을 반복하지 않는다.
본 발명의 보상된 MEMS 발진기(100)는 예를 들어 모놀리딕(monolithically)(예를 들어, 도 15A 내지 도 15F를 참조), 멀티-칩(multi-chip)(예를 들어, 도 16A 내지 도 16C 및 도 17A를 참조), 하이브리드-집적(hybrid integrated)(예를 들어, 도 17B를 참조), 및/또는 플립-칩(flip-chip)(예를 들어, 도 17C를 참조)을 비롯한 다양한 기술을 사용하여 패키징/제조될 수 있다. 실제로, 현재 공지되어 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든간에 임의의 제조 및/또는 패키징 기술이 이용될 수 있다. 그 자체로서, 이러한 제조 및/또는 패키징 기술 모두는 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
상세하게는, 도 15A 내지 도 15F를 참조하면, MEMS 공진기(12) 및 구동 회로(14)는 보상 및 제어 회로(16)로서 기판(46) 상에 집적될 수 있다. 임의의 제조 기술 및/또는 프로세스가 실시될 수 있다. 예를 들어, 이하의 정식 특허출원에 기술되고 예시된 시스템, 장치 및/또는 기술이 실시될 수 있다(예를 들어, 도 18A 내지 도 18H를 참조).
(1) 2003년 3월 20일자로 출원된 발명의 명칭이 "제어된 분위기를 갖는 전자기계 시스템 및 그 제조 방법(Electromechanical System having a Controlled Atmosphere, and Method of Fabricating Same)"인 미국 특허 출원 제10/392,528호,
(2) 2003년 6월 4일자로 출원된 발명이 명칭이 "마이크로 전자 기계 시스템 및 이를 캡슐화 및 제조하는 방법(Microelectromechanical Systems, and Method of Encapsulating and Fabricating Same)"인 미국 특허 출원 제10/454,867호,
(3) 2003년 6월 4일자로 출원된 발명의 명칭이 "트렌치 분리된 접점을 갖는 마이크로 전자 기계 시스템 및 그 제조 방법(Microelectromechanical Systems Having Trench Isolated Contacts, and Methods of Fabricating Same)"인 미국 특허 출원 제10/455,555호,
(4) 2003년 7월 25일자로 출원된 발명의 명칭이 "SOI 기판을 갖는 마이크로 전자 기계 시스템의 앵커 및 그 제조 방법(Anchors for Microelectromechanical Systems Having an SOI Substrate, and Method for Fabricating Same)"인 미국 특허 출원 제10/627,237호,
(5) 2003년 10월 31일자로 출원된 발명의 명칭이 "박막 및 웨이퍼-본딩되고 캡슐화된 마이크로 전자 기계 시스템의 점착 방지 기술(Anti-Stiction Technique for Thin Film and Wafer-Bonded Encapsulated Microelectromechanical Systems)" 인 미국 특허 출원 제10/698,258호.
상기 특허 출원들에 기술되고 예시된 발명들은 본 발명의 보상된 MEMS 발진기(100)를 제조하는 데 이용될 수 있다. 간략함을 위해, 이들 설명을 반복하지 않는다. 그렇지만, 명백하게도 유의해야 할 점은 이를 여기에 인용함으로써 예를 들어 그 발명들 모두의 특징, 속성, 대안, 재료, 기술 및 이점을 비롯한 상기 특허 출원의 전체 내용은 본 명세서에 포함된다는 것이다.
도 15B 및 도 15F를 참조하면, (예를 들어 도 2E, 도 10A, 도 14A 및 도 14B의 블록도에서 전반적으로 26으로서 식별되고 있는) 온도 센서(48)는 보상 회로(18)에 대한 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 결정 또는 계산하는 데 중요할 수 있는 온도 정보를 제어 회로(22) 및/또는 온도 센서 회로(24)에 제공하기 위해 MEMS 발진기(10) 및/또는 보상 및 제어 회로(16)의 기판 상의 선택된, 중요한 및/또는 "임계" 위치에 배치 및/또는 위치될 수 있다. 온도 센서(48)는 MEMS 발진기(10) 및/또는 보상 및 제어 회로(16)의 기판 상에 또는 기판 내에 배치 및/또는 위치되어 있는 예를 들어 다이오드, 트랜지스터, 저항기 또는 배리스터, 및/또는 하나 이상의 MEMS 구조일 수 있다. 온도 센서는 MEMS 공진기(12) 및/또는 보상 회로(18)의 여러가지, 중요한 및/또는 임계 부분의 온도를 감지, 샘플링 및/또는 검출하기 위해 MEMS 발진기(10) 내에 집적될 수 있다. 다른 대안으로서, 또는 그에 부가하여, 온도 센서는 MEMS 공진기(12) 및/또는 보상 회로(18) 위쪽에 및/또는 아래에 배치 및/또는 위치된 개별 소자일 수 있다.
계속하여 도 15B 및 도 15F를 참조하면, 온도 센서(48)는 기판(46)의 표면 상에 배치된 금속 저항기(예를 들어, 백금)일 수 있다. 그에 부가하여 또는 그 대신에, 온도 센서(48)는 기판(46) 내에 박혀 있을 수 있다.
특히, 온도 센서(48)에 의해 제공되는 데이터는 아날로그 또는 디지털 형태로 되어 있는 전압 또는 전류일 수 있다. 그 데이터는, 전술한 바와 같이, 처리 및 분석을 위해 온도 센서 회로(24)에, 또는 보다 직접적으로 제어 회로(22)에 제공될 수 있다. 실제로, 그 데이터는 보상 회로(18)의 동작의 즉각적인 처리, 조정 및/또는 제어를 위해 보상 회로(18)에 직접 제공될 수 있다.
도 17A 및 도 17B를 참조하면, MEMS 발진기(10) 및 보상 및 제어 회로(16)이 별개의 기판 상에 제조되어 있는 그 경우에, 기판(46a, 46b) 상에 위치한 본드 패드(bond pad)를 전기적으로 상호연결시키는 와이어 상호연결(50)을 통해 여러가지 신호가 제공될 수 있다. 다른 대안으로서, 플립-칩 구성이 구현될 수 있다(예를 들어, 도 17C를 참조). 상기한 바와 같이, 현재 공지되어 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든간에 모든 패키징 및 상호연결 기술은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
상기한 바와 같이, MEMS 발진기(10)는 온도 보상되어 있거나 보상되어 있지 않을 수 있다. MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 특성(예를 들어, 주파수, 진폭 및/또는 감도)은 패키징 이전에 및/또는 이후에 결정, 측정, 테스트 및/또는 분석될 수 있다. 이와 같이, MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 기준이 결정되고 보상 및 제어 회로(16)의 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수(예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL에 대한 파라미터 및/또는 계수)를 계산하는 데 이용된다. MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 기준 특성의 사용이 보상 회로(18)의 출력 신호(30)의 주파수 및/또는 위상의 조정, 정정 및/또는 제어를 용이하게 해준다. 예를 들어, 소수형(fractional-N) PLL이 이용되는 경우, 제어 회로(22)는 메인 및 보조 분주기 회로(42)에 대한 정수 값 및/또는 소수형(fractional-N) 분주기 회로에 대한 값의 데이터를 데이터/제어 신호 라인(32)을 통해 주파수 체배기 회로(28)에 제공할 수 있다. 그에 따라, 신호 라인(30) 상의 출력 신호(들)는, 적절한 조정, 정정 및 제어 이후에, 적당한, 원하는, 미리 정해진 속성 및/또는 특성(예를 들어, 주파수, 위상, 지터, 듀티비, 응답 시간, 및/또는 잡음 면역)을 갖는다.
MEMS 발진기(10)의 캘리브레이션은 패키징 이전에 및/또는 이후에 완료될 수 있다. 캘리브레이션은 하나의 동작 조건(예를 들어, 하나의 온도)에서 또는 다수의 동작 조건에서 일 수 있다. 실제로, 캘리브레이션은 주파수 및 온도 보상(있는 경우)을 고정시키는 것을 포함할 수 있다. 그렇지만, 특히 어떤 실시예에서, 캘리브레이션이 수행되지 않으며, (캘리브레이션이 수행되지 않음으로 인한) 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호의 특성에 대한 조정이 보상 및 제어 회로(16)에 의해 해결될 수 있다. 이 실시예에서, 일반적인 캘리브레이션 프로세스/기술을 제외시키는 것 및/또는 생략시키는 것을 고려 또는 보상하기 위해 어떤 범위의 프로그램가능성을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수(예를 들어, 초기 주파수)가 상당히 변하는 경우 상당한 프로그램가능성을 제공하는 보상 및 제어 회로(16)의 토폴로지 또는 실시예를 이용하는 것이 유리할 수 있다.
본 명세서에는 많은 발명이 기술되고 예시되어 있다. 이 발명들의 어떤 실시예, 특징, 재료, 구성, 속성 및 이점이 기술되고 예시되어 있지만, 본 발명의 서로 다른 및/또는 유사한 실시예, 특징, 재료, 구성, 속성, 구조 및 이점 뿐만 아니라 많은 다른 것들도 설명, 예시 및 청구항으로부터 명백하게 됨을 잘 알 것이다. 그 자체로서, 본 명세서에 기술되고 예시된 발명들의 실시예, 특징, 재료, 구성, 속성, 구조 및 이점이 전수적인 것이 아니며, 본 발명의 서로 다른 실시예, 특징, 재료, 구성, 속성, 구조 및 이점 뿐만 아니라 이러한 다른, 유사한 것들도 본 발명의 범위 내에 속한다는 것을 잘 알 것이다.
예를 들어, 예시적인 실시예들 중 많은 것이 PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기 및/또는 FLL을 구현하는 것을 언급하고 있지만, 다른 적당한 클럭 정렬(clock alignment) 회로가 이용될 수 있다. 이 점에서, 보상 회로(18)는 RC, RCL, 링-발진기, 및/또는 주파수 변조 합성기를 이용할 수 있다. 실제로, 현재 공지되어 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든간에 임의의 클럭 또는 신호 정렬 회로가 정밀하고 안정된 특성(예를 들어, 주파수 및/또는 위상)을 갖는 출력 신호를 생성하는 데 이용될 수 있다.
이와 유사하게, 주파수 체배기 회로(28), 주파수 분주기 회로(42) 및 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)는 본 명세서에 기술된 임의의 클럭 또는 신호 정렬 회로, 예를 들어, PLL, DLL, 디지털/주파수 합성기(예를 들어, DDS) 및/또는 FLL는 물론 이들의 임의의 조합 및 치환(예를 들어, 도 23A 내지 도 23C를 참조)을 사용하여 구현될 수 있다. 실제로, 이러한 클럭 또는 신호 정렬 회로의 임의의 치환 및/또는 조합은 보상 회로(18)의 토폴로지(예를 들어, 도 23B, 도 23C 및 도 24A 내지 도 24I를 참조)에 대해 이용될 수 있다. 게다가, 주파수 체배기 회로(28), 주파수 분주기 회로(42), 및 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44)는 디지털 및/또는 아날로그 회로를 포함할 수 있고 및/또는 이를 사용하여 구현될 수 있다.
클럭 또는 신호 정렬 회로의 치환 및/또는 조합은 원하는 및/또는 미리 정해진 특성을 갖는 출력 신호를 제공하기 이전에 신호의 사전-보상, 즉시 보상 또는 사후-보상을 제공하는 회로를 포함할 수 있다. 이러한 사전-보상, 즉시 보상 또는 사후-보상은 예를 들어 주파수 체배기 회로(28), 주파수 분주기 회로(42) 및 2차 주파수 체배기/분주기 회로(44) 내의 다른 회로에 대한 신호의 특성을 최적화 및/또는 향상시키기 위해 및/또는 전체 시스템 신호 품질 또는 특성(예를 들어, 위상 잡음)을 향상 및/또는 최적화시키기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 주파수 체배기 회로(28)는 MEMS 발진기(10)의 출력을 수신하고 그 주파수를 감소시키며 그 출력의 주파수를, MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수보다 높은 다른 주파수로 체배시키는 다른 회로로의 출력을 제공하는 사전-보상 회로를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23A를 참조). 이와 유사하게, 주파수 분주기 회로(42)는 MEMS 발진기(10)의 출력을 수신하고 그 주파수를, MEMS 발진기(10)의 출력의 주파수보다 낮은 다른 주파수로 분주시키기 이전에 MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 주파수를 증가시키는 사전-보상 회로를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23C를 참조).
게다가, 유의해야 할 점은 클럭 또는 신호 정렬 회로가 대체로 입력 신호의 주파수를 특정의 방식으로 조정, 보상, 제어, 프로그램 및/또는 정의, 예를 들어 증가/체배 또는 감소/분주시킬 수 있지만, 이러한 회로는 어떤 순간 또는 기간에 그 주파수를 증가/체배시키고 다른 순간 또는 기간에(예를 들어, 시스템(100)의 동작 온도가 변할 때) 그 주파수를 감소/분주시킨다는 것이다. 그에 따라, 대체로 주파수 분주기 회로(42)가 입력 신호의 주파수를 감소/분주시키지만, 어떤 순간 또는 기간에, 주파수 분주기 회로(42)는 실제로는 적절한 출력 신호 특성을 제공하기 위해 주파수를 증가/체배시킬 수 있다.
게다가, 전술한 바와 같이, 보상된 MEMS 발진기(100)는 완전히 집적되거나 부분적으로 집적되어 있을 수 있다(예를 들어, 도 15A 내지 도 17C를 참조). 실제로, MEMS 발진기(10) 및 보상 및 제어 회로(16)의 요소 및/또는 회로 각각은 개별 부품, 예를 들어 개별 구동 회로, MEMS 공진기, 루프 필터 커패시터 및/또는 저항기일 수 있다.
예를 들어, 구동 회로(14)가 기판(46a) 상에 MEMS 공진기(12)와 함께 집적되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 구동 회로(14)는 기판(46b) 상에 배치 또는 집적되어 있을 수 있다. 도 19A 내지 도 19D를 참조하면, 구동 회로(14)는 보상 및 제어 회로(16)와 함께 기판(46b) 상에 집적되어 있다. 이와 같이, 보상된 MEMS 발진기(100)의 제조는 구동 회로(14)가 MEMS 공진기(12)와 동일한 기판 상에 배치되어 있는 실시예들보다 더 효율적이고 비용이 적게 들 수 있다.
실제로, 도 20을 참조하면, 구동 회로(14)는 MEMS 공진기(12) 및 보상 및 제어 회로(16)과 다른 기판 상에 제조될 수 있다. 특히, 온도 센서(48)는 이들 실시예에서 본 명세서에 기재되어 있는 임의의 방식 또는 구성을 사용하여 포함 및/또 는 이용될 수 있다(예를 들어, 도 19A 내지 도 19D의 대안적인 구성, 레이아웃 및/또는 토폴로지를 참조).
게다가, 어떤 구성을 갖는 발명들의 예시적인 실시예 및/또는 기술이 기술되어 있지만, 예를 들어 어떤 예시에서, 온도 센서 회로(24)는 MEMS 발진기(10)로부터 (주어진 위치의 또는 그 위치에서의 주변 온도를 나타내는) 데이터를 수신한다. 온도 센서 회로(24)는 또한 MEMS 발진기(10)로부터 수신된 온도 "데이터" 대신에 또는 그에 부가하여 보상 및 제어 회로(16)로부터 데이터를 수신할 수 있다(도 21A 및 도 21B를 참조). 이 점에서, MEMS 발진기(10)의 출력 신호는 온도 변화로 인한 보상 및 제어 회로(16)의 동작 성능 및/또는 특성의 영향, 수정, 변화 및/또는 변동에 대해 보상될 수 있다.
특히, 보상 회로(18)의 온도 계수에 대해 반대의 온도 계수 관계를 갖도록 MEMS 발진기(10)를 설계하는 것이 유리할 수 있다. 이와 같이, MEMS 발진기(10)의 출력 신호의 특성에 대한 영향 및 동작 온도(들)의 변화로 인해 야기되는 보상 회로(18)에 의해 도입되는 조정, 정정 및/또는 제어가 최소화, 감소, 상쇄 및/또는 차감될 수 있다.
게다가, 제어 회로(22)가 보상 및 제어 회로(16)를 포함하는 기판 상에 또는 그 내에 존재하는 것으로 기술 및 예시되어 있지만, 제어 회로(22)는 그로부터 멀리 떨어져, 별개로 및/또는 분리되어 있을 수 있다. 이 점에서, 온도 보상 계산은 멀리 떨어져 있는 및/또는 별개의 범용 프로세서(서로 다른 또는 몇개의 1차 또는 메인 기능 및/또는 목적을 가질 수 있음)에 의해 수행되고 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)에 제공될 수 있다. 이와 같이, 범용 프로세서는 그의 주요 작업, 기능 및/또는 목적을 수행할 수 있고, 예를 들어 원하는, 선택된 및/또는 미리 정해진 주파수 및/또는 위상을 갖는 조정된, 정정된 및/또는 제어된 출력을 생성 및/또는 제공하기 위해 보상 회로(18)에 의해 이용되는 새로운, 적당한, 최적의 및/또는 향상된 파라미터, 기준, 값 및/또는 계수를 예를 들어 주기적으로(예를 들어, 매 1/10 초마다) 또는 간헐적으로 재계산한다. 그 자체로서, 보상된 MEMS 발진기(100)는 기판 상에 더 적은 회로를 포함(더 적은 전력을 소모할 가능성이 보다 많음)할 수 있지만 여전히 온도 변화를 보상한다(종종 느림).
특히, 제어 회로(22)는 디지털 및/또는 아날로그 회로를 포함할 수 있고 및/또는 그를 사용하여 구현될 수 있다.
게다가, 온도 센서 회로(24)는 또한 주파수/위상 보상된 MEMS 발진기(100)와 별개로, 그로부터 멀리 떨어져 및/또는 분리되어 있을 수 있다. 온도 회로(24)는 디지털 및/또는 아날로그 회로를 포함할 수 있고 및/또는 그를 사용하여 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 온도 센서(48)는 온도 센서 회로(24) 내에 또는 그의 일부 내에 통합될 수 있다. 이 점에서, 온도 센서(48)는 온도 회로(24)의 회로들 및/또는 회로 내에 통합될 수 있다.
상기한 바와 같이, MEMS 발진기(10)는 부분적으로 온도 보상되거나(예를 들어, 도 5a를 참조) 완전히 온도 보상될 수 있거나, 또는 온도 보상을 거의 또는 전혀 포함하지 않고 있다(예를 들어, 도 4A 및 도 6a를 참조).
게다가, MEMS 공진기(12) 및/또는 구동 회로(14)는 현재 공지되어 있는 것이 든 나중에 개발되는 것이든간에 본 발명의 배경에서 상기한 것을 비롯한 임의의 유형의 MEMS 설계 및/또는 제어를 이용할 수 있다. 예를 들어, MEMS 공진기 및/또는 구동 회로는 이하의 정식 특허 출원에 기재되고 예시된 설계 및/또는 제어 기술 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
(1) 2003년 4월 16일자로 출원된 발명의 명칭이 "실리콘 MEMS의 온도 보상(Temperature Compensation for Silicon MEMS)"인 미국 특허 출원 제10/414,793호, 및
(2) 2003년 10월 3일자로 출원된 발명의 명칭이 "프로세스 허용오차에 대한 주파수 보상된 발진기 설계(Frequency Compensated Oscillator Design for Process Tolerances)"인 미국 특허 출원 제10/679,115호.
상기한 특허 출원에 기재되고 예시된 발명들은 본 발명의 MEMS 공진기(12) 및/또는 구동 회로(14)를 설계, 제어 및/또는 제조하는 데 이용될 수 있다. 간략함을 위해, 그의 설명을 반복하지 않는다. 그렇지만, 명백하게도 유의해야 할 점은 여기에 인용함으로써 이들 발명 모두의 예를 들어 특징, 속성, 대안, 재료, 기술 및 이점을 포함한 상기한 특허 출원의 전체 내용은 본 명세서에 포함된다는 것이다.
게다가, 각각의 기판 또는 칩은 하나 이상의 MEMS 공진기 및/또는 MEMS 발진기를 포함할 수 있다. 이와 같이, 보상된 MEME 발진기는 기판/칩 상에 복수의 발진기(100)를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 보상된 MEMS 발진기(100a)는 제1 세트의 특성들을 갖는 제1 출력 신호를 제공할 수 있고, 제2 보상된 MEMS 발진기(100b) 는 제2 세트의 특성들을 갖는 제2 출력 신호를 제공할 수 있다. 제1 출력 신호는 낮은 전력 소모 회로에 의해 생성되는 낮은 주파수 출력 신호일 수 있고, 제2 출력 신호는 높은 전력 소모 회로에 의해 생성되는 높은 주파수 출력 신호일 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 낮은 주파수 신호는 계속하여 동작할 수 있고, 높은 주파수 신호는 간헐적으로 사용될 수 있고 또 필요에 따라 턴온될 수 있다. 그 자체로서, 한 측면에서, 이 실시예는 본 발명에 따른 보상된 MEMS 발진기의 전력 소모를 관리하는 기술을 제공한다.
전력 소모를 관리하는 다른 기술에서, 정확한 시간 엄수를 유지하기 위해 예를 들어 낮은 주파수, 예를 들어 1-100 Hz를 갖는 보상된 MEMS 발진기(100) 주파수의 출력 신호를 제공하는 주파수 분주기 회로(42)는 프로그램가능할 수 있다(예를 들어, 도 10A 및 도 10B를 참조). 주파수 분주기 회로(42)는 예를 들어 소수형(fractional-N) 분주기단을 갖는 저전력 회로를 포함할 수 있다. 이와 같이, 보상된 MEMS 발진기(100)(특히 주파수 분주기 회로(42))의 전력 소모는 주어진 응용(예를 들어, 전원이 배터리에 의해 제공되기 때문에 종종 저전력을 필요로 하는 시간 엄수 응용)에 부합되고 및/또는 그에 맞게 조정되어 있다. 다른 회로-전력 소모 토폴로지 및/또는 구성이 생각되고, 그 자체로서 현재 공지되어 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든간에 모든 회로-전력 소모 토폴로지 및/또는 구성은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
특히, 상기한 바와 같이, 보상된 MEMS 발진기(100)의 출력 신호는 단일 종단형(single ended) 또는 이중 종단형(double ended)(즉, 차동 시그널링)일 수 있다. 출력 신호의 "형상"(예를 들어, 정방형, 펄스, 사인파형 또는 클리핑된 사인파형)은 사전 결정 및/또는 프로그램가능할 수 있다. 이 점에서, 출력 신호의 "형상"을 나타내는 정보는 제조, 테스트, 캘리브레이션 및/또는 동작 동안에 메모리(20)에 저장 또는 프로그램될 수 있다. 이와 같이, 제어 회로(22) 및/또는 보상 회로(18)는 보상 회로(18)의 시동/전원 켜기, 초기화, 재초기화 동안에 및/또는 그의 정상 동작 동안에 이러한 정보를 검색하기 위해 메모리(20)에 액세스할 수 있다.
그에 부가하여, 또는 그 대신에, (상기한 바와 같이) 사용자/오퍼레이터 또는 외부 회로/장치/시스템은 신호 라인(30) 상의 출력 신호(들)의 특성을 설정, 변경, 향상 및/또는 최적화하기 위해 데이터 신호 라인(34)을 통해 출력 신호의 "형상"을 나타내는 정보를 제공할 수 있다. 이러한 정보는 제어 회로(22), 메모리(20) 및/또는 보상 회로(18)에 직접 제공될 수 있다.
실제로, 제어 회로(22)는 외부 명령 또는 아날로그 신호의 함수로서 약간의 주파수 변동을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 구성은 전압-제어 발진기를 시뮬레이션할 수 있다. 특히, 외부 명령 또는 아날로그 신호의 함수로서의 주파수 변동의 유발은 보상 회로(18)(예를 들어, 주파수 체배기 회로(28), 또는 MEMS 공진기(12)에 영향을 줄 수 있음) 내에 포함될 수 있다.
본 발명은 예를 들어 컴퓨터, 전화, 무선기기, GPS 시스템, 기타 등등에 구현될 수 있다. 본 발명의 보상 및 제어 기능은, 그 중에서도 특히, (1) "초기" 주파수 및/또는 위상 에러의 보상, (2) 온도 변화에 대한 보상, (3) 외부 소스로부터의(예를 들어, 셀 전화 기지국 데이터로부터의) 데이터로 경년 변화 및 다른 성능 저하(debilitating) 효과의 보상, (4) 도플러 천이 등의 외부 요건에 대한 변동, 및/또는 (5) 출력 신호의 변조 또는 확산을 포함한다. 실제로, 본 발명은 본질적으로 수정 발진기가 이용되고 있는 어떤 응용에서도 사용될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에서, 본 발명(들)은 변조 회로(52)와 관련하여 이용될 수 있다. 이 점에서, 출력 신호의 주파수 및/또는 위상이 동작 동안에 동적으로 변화, 수정 및/또는 변경될 수 있는 그 실시예들에서, 그 변화, 수정 및/또는 변경은 정보/데이터를 나타낼 수 있다. 도 22A 및 도 22B를 참조하면, 데이터 스트림(즉, 입력 데이터 스트림)은 변조 회로(52)를 사용하여 보상 및 제어 회로(16)의 출력 신호의 주파수 및/또는 위상을 변경함으로써 전송 및/또는 인코딩될 수 있다.
유의해야 할 점은 본 발명(들)이 PSK, FSK, QAM 및 QPSK 시그널링 기술은 물론 전송 심볼당 더 적은 또는 더 많은 비트를 인코딩하는 변조 포맷과 관련하여 이용될 수 있다는 것이다. 게다가, 인코딩 테이블을 사용하거나 다른 변조 메카니즘을 사용하는 다른 통신 메카니즘, 예를 들어 PAM-n(여기서, 예를 들어 n = 2 내지 16), CAP 및 웨이블릿 변조도 역시 사용될 수 있다. 이 점에서, 본 명세서에 기재된 기술들은 PSK, FSK, QAM 및 QPSK 인코딩(이에 한정되는 것은 아님)을 비롯한 현재 공지되어 있는 것이든 나중에 개발되는 것이든간에 모든 변조 방식에 적용가능하며, 그 자체로서 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
또한 유의해야 할 점은 용어 "회로"가 그 중에서도 특히 (집적 회로 형태이거나 그렇지 않거나 간에) 단일 부품 또는 다수의 부품(능동 및/또는 수동이거나 또 원하는 기능을 제공 또는 수행하기 위해 서로 연결되어 있음)을 의미할 수 있다는 것이다. 용어 "회로"는 그 중에서도 특히 회로(집적되어 있거나 그렇지 않거나 간에 상관없음), 이러한 회로들의 그룹, 프로세서(들), 상태 머신, 상태 머신들의 그룹, 소프트웨어, 소프트웨어를 구현하는 프로세서(들), 또는 회로(집적되어 있거나 그렇지 않거나 간에 상관없음)의 조합, 이러한 회로들의 그룹, 상태 머신, 상태 머신들의 그룹, 소프트웨어, 프로세서(들) 및/또는 소프트웨어를 구현하는 프로세서(들), 프로세서(들) 및 회로(들), 및/또는 소프트웨어를 구현하는 프로세서(들) 및 회로(들)을 의미할 수 있다.
용어 "데이터"는 그 중에서도 특히 아날로그 형태이든 디지털 형태이든 전류 또는 전압 신호(들)를 의미할 수 있다. 용어 "측정"은 그 중에서도 특히 샘플링, 감지, 검사, 검출, 모니터링 및/또는 포착(capture)을 의미한다. 구문 "측정한다" 또는 이와 유사한 것은 예를 들어 샘플링한다, 감지한다, 검사한다, 검출한다, 모니터링한다 및/또는 포착한다를 의미한다. 용어 "프로그램'은 그 중에서도 특히 명령어, 파라미터, 변수, 소프트웨어, 펌웨어, 마이크로코드 및/또는 구성가능한 하드웨어 구성(conformation)(예를 들어, 메모리(20)에 저장된 코드)을 의미할 수 있다.
청구항에서, 용어 "세트의 값들", "값들", 기타 등등(예를 들어, 값들의 서브세트)은 그 중에서도 특히 파라미터, 기준(예를 들어, 주파수 및/또는 위상), 값 및/또는 계수 기타 등등을 의미한다.

Claims (63)

  1. 보상된 마이크로 전자 기계 발진기(compensated microelectromechanical oscillator)로서,
    출력 신호를 생성하는 마이크로 전자 기계 공진기 - 상기 출력 신호는 제1 주파수를 포함함 - ; 및
    상기 마이크로 전자 기계 공진기에 연결되어, 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호 및 한 세트의 값들(a set of values)을 사용하여 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 조정 회로
    를 포함하며,
    상기 주파수 조정 회로는 제1 주파수 체배기 회로(frequency multiplier circuitry)를 포함하고,
    상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 크고,
    상기 한 세트의 값들은, (ⅰ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도를 나타내는 정보를 사용하여 결정되는 마이크로 전자 기계 발진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 세트의 값들은, (ⅰ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도의 추정치를 동적으로 사용하는 것, (ⅱ) 경험 데이터를 사용하는 것, 및 (ⅲ) 수학적 모델링을 사용하는 것 중 적어도 하나에 의해 결정되는 마이크로 전자 기계 발진기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주파수 조정 회로는,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기에 연결되어, (ⅰ) 제1 서브세트의 값들, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 사용하여 출력 신호를 생성하는 주파수 분주기 회로 - 상기 주파수 분주기 회로의 출력 신호의 주파수는 상기 제1 주파수보다 작음 -
    를 더 포함하며,
    상기 제1 주파수 체배기 회로는, 상기 주파수 분주기 회로에 연결되어, (ⅰ) 제2 서브세트의 값들, 및 (ⅱ) 상기 주파수 분주기 회로의 출력 신호를 사용하여 상기 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하고,
    상기 한 세트의 값들은 상기 제1 서브세트의 값들, 및 상기 제2 서브세트의 값들을 포함하는 마이크로 전자 기계 발진기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 주파수 체배기 회로는, (ⅰ) 제1 서브세트의 값들, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하고 - 상기 제1 주파수 체배기 회로의 출력 신호의 주파수는 상기 제1 주파수보다 큼 - ,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 주파수 체배기 회로에 연결되어, 상기 주파수 체배기 회로의 출력 신호를 수신하고, 제2 서브세트의 값들을 사용하여 상기 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 분주기 회로를 더 포함하고,
    상기 한 세트의 값들은 상기 제1 서브세트의 값들, 및 상기 제2 서브세트의 값들을 포함하는 마이크로 전자 기계 발진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주파수 분주기 회로는 PLL, 소수형(fractional)-N PLL, 디지털/주파수 합성기, DLL 또는 소수형-N DLL인 마이크로 전자 기계 발진기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 체배기 회로는, (ⅰ) 제1 서브세트의 값들, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하고 - 상기 제1 주파수 체배기 회로의 출력 신호의 주파수는 상기 제1 주파수보다 큼 - ,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 제1 주파수 체배기 회로에 연결되어, (ⅰ) 제2 서브세트의 값들, 및 (ⅱ) 상기 제1 주파수 체배기 회로의 출력 신호를 사용하여 상기 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 제2 주파수 체배기 회로를 더 포함하며,
    상기 한 세트의 값들은 상기 제1 서브세트의 값들, 및 상기 제2 서브세트의 값들을 포함하는 마이크로 전자 기계 발진기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 주파수 체배기 회로 및 상기 제2 주파수 체배기 회로는 PLL, 소수형-N PLL, 디지털/주파수 합성기, DLL 또는 소수형-N DLL인 마이크로 전자 기계 발진기.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 주파수 체배기 회로는, (ⅰ) 상기 한 세트의 값들, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 사용하여 상기 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하고, 상기 한 세트의 값들은, (ⅰ) 상기 제1 주파수 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도를 나타내는 정보를 사용하여 결정되는 마이크로 전자 기계 발진기.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 주파수 체배기 회로는 PLL, 소수형-N PLL, 디지털/주파수 합성기, DLL 또는 소수형-N DLL을 포함하는 마이크로 전자 기계 발진기.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수는, 적어도 부분적으로, 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도에 의존하는 마이크로 전자 기계 발진기.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기 및 상기 주파수 조정 회로는 공통 기판 내에 혹은 그 위에 통합되어 있는 마이크로 전자 기계 발진기.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기 및 상기 주파수 조정 회로는 물리적으로 접착되어 있는 서로 다른 기판 상에 배치되고, 상기 마이크로 전자 기계 공진기 및 상기 주파수 조정 회로는 배선들에 의해 전기적으로 접속되는 마이크로 전자 기계 발진기.
  13. (ⅰ) 제1 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 마이크로 전자 기계 공진기, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기에 연결되어, 상기 제1 주파수를 갖는 출력 신호를 사용하여 출력 신호를 제공하는 주파수 조정 회로 - 상기 주파수 조정 회로의 출력 신호는, (ⅰ) 미리 정해진 주파수 범위 내에 있고, (ⅱ) 상기 제1 주파수보다 큰 주파수를 포함함 - 를 갖는 온도 보상된 마이크로 전자 기계 발진기를 프로그래밍하는 방법으로서,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기가 제1 동작 온도에 있을 때 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 제1 주파수를 측정하는 단계;
    제1 세트의 값들을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 세트의 값들을 상기 주파수 조정 회로에 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 제1 세트의 값들에 응답하여, (ⅰ) 상기 미리 정해진 주파수 범위 내에 있고, (ⅱ) 상기 제1 주파수보다 큰 주파수를 갖는 상기 출력 신호를 생성하는 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    제2 세트의 값들을 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 제2 세트의 값들에 응답하여, 상기 마이크로 전자 기계 공진기가 제2 동작 온도에 있을 때 상기 미리 정해진 주파수 범위 내에 있는 주파수를 갖는 출력 신호를 제공하는 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제2 세트의 값을 계산하는 상기 단계는, (ⅰ) 경험 데이터 또는 (ⅱ) 수학적 모델링을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 보상된 마이크로 전자 기계 발진기는 메모리를 더 포함하고,
    상기 방법은, 상기 제1 세트의 값들을 상기 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. (ⅰ) 제1 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 마이크로 전자 기계 공진기, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기에 연결되어, 상기 제1 주파수를 갖는 출력 신호를 사용하여 출력 신호를 제공하는 주파수 조정 회로 - 상기 주파수 조정 회로의 출력 신호는, (ⅰ) 미리 정해진 주파수 범위 내에 있고, (ⅱ) 상기 제1 주파수보다 큰 주파수를 포함함 - 를 갖는 온도 보상된 마이크로 전자 기계 발진기를 동작시키는 방법으로서,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기의 온도를 나타내는 데이터를 획득하는 단계;
    상기 마이크로 전자 기계 공진기가 제2 동작 온도에 있는지를 판정하는 단계; 및
    제2 세트의 값들을 상기 주파수 조정 회로에 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 제2 세트의 값들에 응답하여, (ⅰ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기가 상기 제2 동작 온도에 있을 때 상기 미리 정해진 주파수 범위 내에 있고 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수보다 큰 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 것인 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 세트의 값들을 결정하는 단계 - 상기 주파수 조정 회로는, 상기 제2 세트의 값들에 응답하여, 상기 마이크로 전자 기계 공진기가 상기 제2 동작 온도에 있을 때 상기 미리 정해진 주파수 범위 내에 있는 주파수를 갖는 출력 신호를 제공함 -, 및
    상기 제2 세트의 값들을 상기 보상된 마이크로 전자 기계 발진기의 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기의 온도를 측정하는 단계, 및
    상기 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도를 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    경험 데이터 또는 수학적 모델링을 사용하여 상기 제2 세트의 값들을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 주파수 조정 회로는,
    제1 서브세트의 값들, 및 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 분주기 회로; 및
    상기 주파수 분주기 회로에 연결되어, 제2 서브세트의 값들, 및 상기 주파수 분주기 회로의 출력 신호를 사용하여 상기 주파수 조정 회로의 출력 신호를 생성하는 주파수 체배기 회로
    를 포함하며,
    상기 제2 세트의 값들은 제1 및 제2 서브세트의 값들을 포함하고,
    상기 방법은, 상기 제1 서브세트의 값들을 상기 주파수 분주기 회로에 제공하고, 상기 제2 서브세트의 값들을 상기 주파수 체배기 회로에 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 제1 및 제2 서브세트의 값들에 응답하여, 상기 마이크로 전자 기계 공진기가 상기 제2 동작 온도에 있을 때 상기 미리 정해진 주파수 범위 내에 있는 주파수를 갖는 출력 신호를 제공하는 것인 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 주파수 조정 회로는,
    제1 서브세트의 값들을 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 제1 주파수 체배기 회로 - 상기 출력 신호의 주파수는 상기 제1 주파수보다 큼 - , 및
    제2 서브세트의 값들과 상기 제1 주파수 체배기 회로의 출력 신호를 사용하여 상기 주파수 조정 회로의 출력 신호를 생성하는 제2 주파수 체배기 회로 - 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수 체배기 회로의 출력 신호의 주파수보다 큼 -
    를 포함하며,
    상기 제2 세트의 값들은 제1 및 제2 서브세트의 값들을 포함하고,
    상기 방법은, 상기 제1 서브세트의 값들을 상기 제1 주파수 체배기 회로에 제공하고, 상기 제2 서브세트의 값들을 상기 제2 주파수 체배기 회로에 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 제1 및 제2 서브세트의 값들에 응답하여, (ⅰ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기가 상기 제2 동작 온도에 있을 때 상기 미리 정해진 주파수 범위 내에 있고, (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수보다 큰 주파수를 갖는 출력 신호를 제공하는 것인 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 주파수 조정 회로는,
    제1 서브세트의 값들을 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 체배기 회로 - 상기 출력 신호의 주파수는 상기 제1 주파수보다 큼 - , 및
    상기 주파수 체배기 회로에 연결되어, 상기 주파수 체배기 회로의 출력 신호를 수신하고, 제2 서브세트의 값들을 사용하여 제2 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 분주기 회로 - 상기 제2 주파수는 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수보다 큼 -
    를 포함하며,
    상기 제2 세트의 값들은 제1 및 제2 서브세트의 값들을 포함하고,
    상기 방법은, 상기 제1 서브세트의 값들을 상기 주파수 체배기 회로에 제공하고, 상기 제2 서브세트의 값들을 상기 주파수 분주기 회로에 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 제1 및 제2 서브세트의 값들에 응답하여, (ⅰ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기가 상기 제2 동작 온도에 있을 때 상기 미리 정해진 주파수 범위 내에 있고, (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 상기 출력 신호의 주파수보다 큰 주파수를 갖는 상기 출력 신호를 제공하는 것인 방법.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    경험 데이터 또는 수학적 모델링을 사용하여 상기 제1 및 제2 서브세트의 값들을 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  25. 보상된 마이크로 전자 기계 발진기로서,
    출력 신호를 생성하는 마이크로 전자 기계 공진기 - 상기 출력 신호는 주파수를 포함함 - ; 및
    상기 마이크로 전자 기계 공진기에 연결되어, 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호와 한 세트의 값들을 사용하여 출력 신호를 생성하는 주파수 조정 회로
    를 포함하며,
    상기 주파수 조정 회로는 PLL, DLL, FLL 또는 디지털/주파수 합성기를 포함하는 주파수 분주기 회로를 포함하고,
    상기 주파수 조정 회로의 출력 신호는 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수보다 작은 주파수를 포함하고,
    상기 한 세트의 값들은, (ⅰ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 주파수, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도를 나타내는 정보를 사용하여 결정되는 마이크로 전자 기계 발진기.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 한 세트의 값들은, (ⅰ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 동작 온도의 추정치를 동적으로 사용하는 것, (ⅱ) 경험 데이터를 사용하는 것, 및 (ⅲ) 수학적 모델링을 사용하는 것 중 적어도 하나에 의해 결정되는 마이크로 전자 기계 발진기.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 주파수 조정 회로는,
    상기 공진기의 출력 신호를 수신하도록 연결되어, (ⅰ) 제1 세트의 값들, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호를 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 체배기 회로 - 상기 주파수 체배기 회로의 출력 신호의 주파수는 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 출력 신호의 상기 주파수보다 큼 -
    를 더 포함하고,
    상기 주파수 분주기 회로는 상기 주파수 체배기 회로에 연결되어 (ⅰ) 상기 주파수 체배기 회로의 출력 신호, 및 (ⅱ) 제2 세트의 값들을 사용하여 출력 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 마이크로 전자 기계 발진기.
  28. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 주파수 분주기 회로는, 상기 공진기의 상기 출력 신호를 수신하도록 연결되어 (ⅰ) 제1 세트의 값들, 및 (ⅱ) 상기 마이크로 전자 기계 공진기의 상기 출력 신호를 사용하여 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하고,
    상기 주파수 조정 회로는, 상기 주파수 분주기 회로에 연결되어, (ⅰ) 상기 주파수 분주기 회로의 출력 신호 및 (ⅱ) 제2 세트의 값들을 사용하여 출력 주파수를 갖는 출력 신호를 생성하는 주파수 체배기 회로를 더 포함하는 마이크로 전자 기계 발진기.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 주파수 체배기 회로는 PPL, 소수형-N PLL, 디지털/주파수 합성기, DLL 또는 소수형-N DLL을 포함하는 마이크로 전자 기계 발진기.
  30. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 주파수 분주기 회로는 PPL, 소수형-N PLL, 디지털/주파수 합성기, DLL 또는 소수형-N DLL인 마이크로 전자 기계 발진기.
  31. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기 및 상기 주파수 조정 회로는 공통 기판 내에 혹은 그 위에 통합되어 있는 마이크로 전자 기계 발진기.
  32. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 마이크로 전자 기계 공진기 및 상기 주파수 조정 회로는 물리적으로 접착되어 있는 서로 다른 기판 상에 배치되고, 상기 마이크로 전자 기계 공진기 및 상기 주파수 조정 회로는 배선들에 의해 전기적으로 접속되는 마이크로 전자 기계 발진기.
  33. 제28항에 있어서,
    상기 주파수 체배기 회로는 PPL, 소수형-N PLL, 디지털/주파수 합성기, DLL 또는 소수형-N DLL을 포함하는 마이크로 전자 기계 발진기.
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