[发明专利]一种采用多振子耦合的微机械谐振器

说明书

本发明公开一种采用多振子耦合的微机械谐振器，包括至少一组振子、每组振子对应四组驱动/检测电极、一组耦合梁、一组支撑梁和一个锚点，振子、驱动/检测电极、耦合梁、支撑梁和锚点相对于谐振器中心对称分布，振子与耦合梁相连，耦合梁与支撑梁相连，支撑梁与锚点相连，振子、耦合梁、支撑梁、锚点共同组成框架结构，驱动/检测电极位于振子上面、振子内部和/或振子外部。本发明采用多个振子，且各振子之间相互耦合，可以利用其中一个或多个振子进行驱动，剩余的振子进行检测，实现驱动电极和检测电极在空间上隔离，降低驱动信号到检测端的耦合；采用驱动振子和检测振子分开，便于使用差分的方式对振子进行驱动或检测，提高谐振器抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及一种微机械谐振器，特别是一种采用多振子耦合的微机械谐振器。

背景技术

电子器件和系统的性能取决于其所用的时钟或频率参考器件的精度和稳定性，谐振器是时钟和频率参考器件的核心。MEMS谐振器因具有低功耗、小体积、重量轻、成本低、易集成、高可靠、环境适应能力强等优点而有着广阔的市场需求。

随着应用领域的拓展和使用要求的提高，要求微机械谐振器的体积不断缩小、精度不断提高、环境适应性不断增强，既需要极低功耗的低频谐振器用于实时时钟，又需要高频或超高频谐振器以实现高精度时钟或用于高频高精度频率参考。技术进步的加快、研发周期的缩短和研发成本的降低，需要一种小尺寸谐振器，既可以用于极低功耗的低频谐振器，也可用于高频或超高频谐振器，从而降低包括设计、工艺和配套电路等的开发周期和成本。

现有的谐振器多采用音叉型或环形等单振子结构，如专利US8234774B2、US10501310B2、US2018/0339898、US7323952B2和US2005/0206479A1，但是他们一方面难以实现差分检测，抗干扰能力差；另一方面，驱动电极和检测电极在空间上交叉，驱动信号容易耦合到检测端，不利于振子性能的提高；而且，一种结构形式，在小尺寸的约束下，不能兼顾极低功耗的低频谐振器和高频或超高频谐振器的应用。

现有的采用多振子的谐振器，如专利US7750758B2和US2009/0058561A1，都是采用两组共四个振子组成的结构，该谐振器实现了差分驱动和差分检测，可以实现驱动电极和检测电极在空间上无交叉。但是，该谐振器一方面仅实现了每组内其中两个振子之间的相互耦合，而两组振子之间没有耦合，工作时，必须驱动每组中的一个振子，耦合效果差，并限制了灵活性；另一方面，该谐振器的每个振子仅有一个支撑点，支撑刚度难以提高，不利于力学性能的进一步提高。

专利US2005/0206479A1公开了采用多振子耦合的谐振器，可以实现所有振子之间相互耦合。但是，该谐振器每个谐振子均有一个锚点，不利于降低谐振器对热应力和封装应力的灵敏度；另一方面，该谐振器仅适用于圆盘形振子，不能用于频率较低、极低功耗的应用场合，如实时时钟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种采用多振子耦合的微机械谐振器，采用多个振子，且各振子之间相互耦合，以实现各振子同步共振，还可以利用其中一个或多个振子进行驱动，剩余的振子进行检测，既增加驱动或检测的灵活性，还便于实现驱动电极和检测电极在空间上隔离，降低驱动信号到检测端的耦合，有利于提高谐振器性能；采用驱动振子和检测振子分开，便于使用差分的方式对振子进行驱动或检测，以提高谐振器抗干扰能力。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种采用多振子耦合的微机械谐振器，包括至少一组振子、每组振子对应四组驱动/检测电极、一组耦合梁、一组支撑梁和一个锚点；所述的驱动/检测电极位于振子上面、振子内部和/或振子外部，振子与耦合梁端部相连，耦合梁的中间区域与支撑梁的一端相连，支撑梁的另一端与锚点相连，振子、耦合梁、支撑梁和锚点共同组成框架结构，框架结构通过锚点固定，所述的振子、驱动/检测电极、耦合梁、支撑梁和锚点相对于谐振器中心对称分布。