[发明专利]一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器及控制方法

摘要

一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器，由两个并排布置的悬臂梁‑质量块结构作为谐振子，选用了悬臂梁结构的纵向拉伸及横向弯曲振动模态作为振荡器的工作模态。其检测端使用了压阻法测振，通入检测电流后可以同时拾取两个振动模态的信号，进而将信号转入两组闭环控制器分别进行反馈调制，随后采用静电力输出的方法对拉伸与弯曲模态进行激振，从而实现两种模态的同时自激振荡。同时由于模态间的耦合关系，可以借由控制其中一个振动模态的振幅调节另一模态的谐振频率。两种模态共享一个谐振结构，受温度影响的幅度相同，亦可以借助一个模态对另一模态进行温度补偿。

主权项

一种基于振动模态耦合的MEMS振荡器，其特征在于：包括谐振机构、检测电路，以及反馈电路；谐振机构由SOI片制成，包括两个并列排布的悬臂梁结构(5‑1、5‑2)，每个悬臂梁结构的一端通过锚点(7‑1、7‑2)悬空设置，另外一端连接质量块(6‑1、6‑2)，两个质量块之间通过连接梁(8)连接，确保电流导通；所述谐振机构进一步包括第一和第二电极(3‑1、3‑2)、第三和第四电极(1‑1、1‑2)，以及第五和第六电极(2‑1、2‑2)，所述第一和第二电极(3‑1、3‑2)分别与悬臂梁一端的锚点连接，第三和第四电极(1‑1、1‑2)分别通过静电力作用在两个质量块(6‑1、6‑2)上用以实现谐振机构拉伸方向的振动，第五和第六电极(2‑1、2‑2)布置在悬臂梁的一侧用以实现悬臂梁弯曲方向的振动，所述第一和第二电极进一步与外部的检测电路连接，用以检测谐振机构的两种振动模态，所述反馈电路连接在检测电路的输出端，包括第一和第二反馈电路，其中，第一反馈电路的输出端作用在第三和第四电极上以激励第一种振动模态，第二反馈电路的输出端作用在第五和第六电极上以激励第二种振动模态。