[发明专利]一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法

说明书

本发明提供了一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法，所述装置包括：微机电谐振式器件、闭环驱动电路和阻尼控制电路，闭环驱动电路的输入端与微机电谐振式器件的振动拾取结构连接，闭环驱动电路的第一输出端与微机电谐振式器件的驱动结构连接，阻尼控制电路的输入端与闭环驱动电路的第二输出端连接，阻尼控制电路输出端与微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。在本发明中，通过闭环驱动电路可使微机电谐振式器件在其谐振频率处进行恒幅振动，在温变条件下，通过阻尼控制电路对阻尼控制电压或调节电阻进行动态调节，实现微机电谐振式器件的阻尼维持恒定，使与品质因数相关的驱动电压维持在目标驱动电压不变，实现品质因数稳定性提升。

技术领域

本发明涉及微机电传感器技术领域，特别涉及一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法。

背景技术

微机电谐振式器件是用微电子工艺加工的特征尺寸在微米量级的器件，是多类微传感器的核心结构组件，如微机电陀螺、微谐振式加速度传感器、微谐振式压力传感器等，其体积小、成本低、适于批量加工，有着广泛的应用前景。

品质因数(Q值)是微机电谐振式器件的重要结构参数，表征了微结构在一个振动周期内的能量损耗，如空气阻尼损耗、热弹性阻尼损耗、表面损耗和锚点支撑损耗等。通常利用真空封装技术获取高Q值(10⁴～10⁵量级)以降低器件的机械热噪声和驱动能量。但过高的Q值会使微机电谐振式器件在冲击和振动条件下，激发干扰模态，响应回复时间过长，影响其力学性能。因此，相对于高Q值的获取，Q值的热稳定性更为重要，微机电谐振式器件在温变环境中，封装内部的气体阻尼和结构阻尼均会发生变化，从而使Q值发生极大的变化，影响器件的性能。因此对微机电谐振式器件Q值的稳定性控制极为重要。

现有技术中，通过以下几种方式对Q值进行控制：(1)通过在器件封装内放置吸气剂材料来对Q值进行控制，但该方法只能在一定范围内调节Q值，并不能有效提升Q值的热稳定性；(2)利用速度反馈对器件的阻尼进行控制，由于不直接调节Q值，因此不能避免谐振器横幅驱动时全温范围内驱动电压的总体变化；(3)在片上设计了多个压膜阻尼结构，通过改变间隙增加器件的阻尼，但是无法提升Q值的热稳定性；(5)通过增加控温结构对芯片进行加温，尽管可以稳定Q值，但该方法增加了系统的设计复杂性和成本。因此，现有的方法难以实现对Q值的准确控制，以保证Q值的稳定性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供了种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

本发明实施例的第一方面，公开了一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，所述装置包括：

微机电谐振式器件，所述微机电谐振式器件包括：驱动结构、振动质量块、振动拾取结构、阻尼调节结构；

闭环驱动电路，所述闭环驱动电路的输入端与所述微机电谐振式器件的振动拾取结构连接，所述闭环驱动电路的第一输出端与所述微机电谐振式器件的驱动结构连接；

阻尼控制电路，所述阻尼控制电路的输入端与所述闭环驱动电路的第二输出端连接，所述阻尼控制电路的输出端与所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。

可选地，所述驱动结构、振动拾取结构和阻尼调节结构是变面积滑膜梳齿型电容结构，或变间隙压膜平行板型电容结构。

可选地，所述微机电谐振式器件包含片上阻尼调节电阻，所述片上调节电阻与所述微机电谐振式器件集成在同一芯片衬底上，所述片上调节电阻与所述阻尼调节结构相连。

可选地，所述闭环驱动电路，包括：

前置读出电路，所述前置读出电路的输入端与所述微机电谐振式器件的振动拾取结构相连，将位移信息转换为振动位移电压，输出所述振动位移电压；