一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置及方法
1.本發明涉及微機電傳感器技術領域，特別涉及一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置及方法。
背景技術：
2.微機電諧振式器件是用微電子工藝加工的特征尺寸在微米量級的器件，是多類微傳感器的核心結構組件，如微機電陀螺、微諧振式加速度傳感器、微諧振式壓力傳感器等，其體積小、成本低、適于批量加工，有著廣泛的應用前景。
3.品質因數(q值)是微機電諧振式器件的重要結構參數，表征了微結構在一個振動周期內的能量損耗，如空氣阻尼損耗、熱彈性阻尼損耗、表面損耗和錨點支撐損耗等。通常利用真空封裝技術獲取高q值(104～105量級)以降低器件的機械熱噪聲和驅動能量。但過高的q值會使微機電諧振式器件在沖擊和振動條件下，激發干擾模態，響應回復時間過長，影響其力學性能。因此，相對于高q值的獲取，q值的熱穩定性更為重要，微機電諧振式器件在溫變環境中，封裝內部的氣體阻尼和結構阻尼均會發生變化，從而使q值發生極大的變化，影響器件的性能。因此對微機電諧振式器件q值的穩定性控制極為重要。
4.現有技術中，通過以下幾種方式對q值進行控制：(1)通過在器件封裝內放置吸氣劑材料來對q值進行控制，但該方法只能在一定范圍內調節q值，并不能有效提升q值的熱穩定性；(2)利用速度反饋對器件的阻尼進行控制，由于不直接調節q值，因此不能避免諧振器橫幅驅動時全溫范圍內驅動電壓的總體變化；(3)在片上設計了多個壓膜阻尼結構，通過改變間隙增加器件的阻尼，但是無法提升q值的熱穩定性；(5)通過增加控溫結構對芯片進行加溫，盡管可以穩定q值，但該方法增加了系統的設計復雜性和成本。因此，現有的方法難以實現對q值的準確控制，以保證q值的穩定性。
技術實現要素：
5.鑒于上述問題，本發明實施例提供了種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置及方法，以便克服上述問題或者至少部分地解決上述問題。
6.本發明實施例的第一方面，公開了一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置，所述裝置包括：
7.微機電諧振式器件，所述微機電諧振式器件包括：驅動結構、振動質量塊、振動拾取結構、阻尼調節結構；
8.閉環驅動電路，所述閉環驅動電路的輸入端與所述微機電諧振式器件的振動拾取結構連接，所述閉環驅動電路的第一輸出端與所述微機電諧振式器件的驅動結構連接；
9.阻尼控制電路，所述阻尼控制電路的輸入端與所述閉環驅動電路的第二輸出端連接，所述阻尼控制電路的輸出端與所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構連接。
10.可選地，所述驅動結構、振動拾取結構和阻尼調節結構是變面積滑膜梳齒型電容結構，或變間隙壓膜平行板型電容結構。
11.可選地，所述微機電諧振式器件包含片上阻尼調節電阻，所述片上調節電阻與所述微機電諧振式器件集成在同一芯片襯底上，所述片上調節電阻與所述阻尼調節結構相連。
12.可選地，所述閉環驅動電路，包括：
13.前置讀出電路，所述前置讀出電路的輸入端與所述微機電諧振式器件的振動拾取結構相連，將位移信息轉換為振動位移電壓，輸出所述振動位移電壓；
14.幅值提取單元，所述幅值提取單元的輸入端與所述前置讀出電路的輸出端連接，輸出所述振動位移電壓的幅值信號；
15.移相器，所述移相器的輸入端與所述前置讀出電路的輸出端相連，對所述振動位移電壓進行相位調整，輸出與驅動電壓同相的電壓信號；
16.加法器，所述加法器的第一輸入端輸入位移目標電壓vr，所述加法器的第二輸入端與所述幅值提取單元的輸出端連接，輸出位移誤差電壓；
17.控制器，所述控制器的輸入端與所述加法器的輸出端連接，輸出驅動閉環控制電壓；
18.乘法器，所述乘法器的第一輸入端與所述移相器的輸出連接，所述乘法器的第二輸入端與所述控制器的輸出端連接，輸出驅動電壓，所述乘法器的輸出端與所述微機電諧振式器件的驅動結構連接。
19.可選地，所述阻尼控制電路，包括：
20.加法器，所述加法器的第一輸入端輸入目標驅動電壓vc，所述加法器的第二輸入端與所述閉環驅動電路的第二輸出端連接，輸出品質因數誤差電壓；
21.控制器，所述控制器的輸入端與所述加法器的輸出端連接，輸出阻尼控制電壓；
22.調節電阻，所述調節電阻為普通直插電阻，或貼片式雙端電阻，所述調節電阻的輸入端與所述控制器的輸出端連接，所述調節電阻的輸出端與所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構連接。
23.可選地，所述阻尼控制電路，包括：
24.加法器，所述加法器的第一輸入端輸入目標驅動電壓vc，所述加法器的第二輸入端與所述閉環驅動電路的第二輸出端連接，輸出品質因數誤差電壓；
25.控制器，所述控制器的輸入端與所述加法器的輸出端連接，輸出阻尼控制電壓；
26.調節電阻，所述調節電阻為具有電控的三端可變電阻器件，所述調節電阻的第一端與所述控制器的輸出端連接，所述調節電阻的第二端輸入固定控制電壓vb，所述調節電阻的第三端與所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構連接。
27.可選地，所述三端可變電阻器件是電壓控制的壓控電阻，或數字控制電位器；根據阻值需求，可將多個所述三端可變電阻器件串聯或者并聯，以得到不同阻值。
28.可選地，所述控制器是pid控制器，或具有其它控制律的控制器。
29.本發明實施例的第二方面，公開了一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升方法，應用于權利要求本發明實施例第一方面所述的微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置，所述方法包括：
30.在閉環驅動電路中輸入位移目標電壓vr使微機電諧振式器件在其諧振頻率處進行恒幅振動，并得到驅動閉環控制電壓；
31.將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓輸入到阻尼控制電路得到阻尼控制電壓，并將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構，以實現對所述微機電諧振器品質因數的閉環動態調節。
32.可選地，所述將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓輸入到阻尼控制電路得到阻尼控制電壓，并將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構，包括：
33.利用所述阻尼控制電路中的加法器將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓進行比較，得到品質因數誤差電壓；
34.利用控制器對所述品質因數誤差電壓進行調節，得到阻尼控制電壓，并通過調節電阻將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構。
35.本發明實施例包括以下優點：
36.采用本發明實施例提供的微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置，在微機電諧振式器件中增加了阻尼調節結構，通過閉環驅動電路可使微機電諧振式器件在其諧振頻率處進行恒幅振動，并利用阻尼控制電路對阻尼控制電壓或調節電阻進行動態調節，從而實現微機電諧振式器件的阻尼維持恒定，以使與品質因數相關的驅動電壓維持在目標驅動電壓vc不變，實現品質因數穩定性提升。
附圖說明
37.為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對本發明實施例的描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
38.圖1是本發明實施例提供的一種微機電諧振式器件結構示意圖；
39.圖2是本發明實施例提供的另一種微機電諧振式器件結構示意圖；
40.圖3是本發明實施例提供的一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置；
41.圖4是本發明實施例提供的一種微機電諧振式器件閉環驅動電路示意圖；
42.圖5是本發明實施例提供的一種微機電諧振式器件阻尼控制電路示意圖；
43.圖6是本發明實施例提供的另一種微機電諧振式器件阻尼控制電路示意圖；
44.圖7是本發明實施例提供的一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升方法步驟流程圖。
具體實施方式
45.為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
46.為提升溫度變化條件下微機電諧振式器件q值的穩定性，發明實施例提出利用焦耳熱耗散效應對微機電諧振式器件的q值進行動態調節，具體的，在微機電諧振器件的驅動模態方向上添加一組獨立的用于阻尼調節的阻尼調節結構，通過一電阻連接至一控制電
壓。當微機電諧振式器件被驅動時，會產生運動電流，該電流通過電阻會產生熱耗散，通過這種能量耗散改變了微機電諧振式器件的q值。其調節基本原理可描述為：
[0047][0048]
其中，c
ej
為焦耳熱效應所產生的焦耳，阻尼r為連接至阻尼調節結構上的電阻，k
vf
為微機電諧振式器件電壓至驅動力的轉換系數，c0為驅動結構初始電容，ωd為微機電諧振式器件的諧振頻率，vb為控制電壓。通過調節控制電壓vb或者電阻r，增加了微機電諧振式器件的阻尼系數，進而改變了器件的q值。
[0049]
基于上述調節原理，本發明實施例提供了一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置，如圖3所示，圖3為本發明實施例提供的一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置結構示意圖，所述裝置包括：微機電諧振式器件1、閉環驅動電路301和阻尼控制電路302組成。
[0050]
(一)微機電諧振式器件：
[0051]
如圖1所示，圖1是本實施例提供的一種微機電諧振式器件結構示意圖，所述微機電諧振式器件包括：驅動結構3、振動質量塊5、振動拾取結構6、阻尼調節結構8。2、4、7分別為驅動結構3、振動拾取結構6和阻尼調節結構8的對外引出電極。在驅動結構3上施加驅動電壓可產生驅動力，該驅動力帶動振動質量塊5產生振動，其位移變化量被振動拾取結構6獲取，并將獲取到的位移變化量轉變為電容變化量，并通過電極7輸出。控制電壓10通過一外置電阻9連接至阻尼調節結構電極4。通過改變控制電壓10的大小及外置電阻9的大小，可對器件的阻尼進行調節。
[0052]
在一種可選的實施例中，所述微機電諧振式器件包含片上阻尼調節電阻，所述片上調節電阻與所述微機電諧振式器件集成在同一芯片襯底上，所述片上調節電阻與所述阻尼調節結構相連。示例地，如圖2所示，該微機電諧振式器件不需要外置調節電阻，將調節電阻11和微機電諧振式器件做于同一芯片上，具體地，可采用多晶硅電阻。
[0053]
此外，所述驅動結構3、振動拾取結構6和阻尼調節結構8通常采用差分式電容式結構，可以是變面積滑膜梳齒型電容結構，或變間隙壓膜平行板型電容結構。
[0054]
與現有的微機電諧振式器件相比，本實施例在微機電諧振式器件上增加了阻尼調節結構，進而通過改變控制電壓和電阻的大小實現對微機電諧振式器件的阻尼調節，實現對微機電諧振式器件的q值的準確控制。
[0055]
(二)閉環驅動電路，所述閉環驅動電路301的輸入端與所述微機電諧振式器件的振動拾取結構6連接，所述閉環驅動電路的第一輸出端與所述微機電諧振式器件的驅動結構3連接。
[0056]
在本實施例中，閉環驅動電路的輸入端是通過振動拾取結構電極7與微機電諧振式器件連接，該閉環驅動電路有兩個輸出端，第一輸出端輸出驅動電壓304通過微機電諧振式器件的驅動結構電極2與驅動結構3連接，形成驅動閉環。進而利用閉環驅動電路使微機電諧振式器件在位移目標電壓vr的的控制下在其諧振頻率處進行恒幅振動。
[0057]
在一種可選的實施例中，圖4為本實施例提供的一種微機電諧振式器件閉環驅動電路示意圖，所述閉環驅動電路301，包括：
[0058]
前置讀出電路401，所述前置讀出電路401的輸入端300與所述微機電諧振式器件
的振動拾取結構6相連，將位移信息轉換為振動位移電壓402，輸出所述振動位移電壓402；
[0059]
幅值提取單元403，所述幅值提取單元403的輸入端與所述前置讀出電路的輸出端連接，輸出所述振動位移電壓402的幅值信號404；
[0060]
移相器411，所述移相器411的輸入端與所述前置讀出電路的輸出端相連，對所述振動位移電壓402進行相位調整，輸出與驅動電壓304同相的電壓信號407；
[0061]
加法器405，所述加法器405的第一輸入端輸入位移目標電壓vr406，所述加法器405的第二輸入端與所述幅值提取單元403的輸出端連接，輸出位移誤差電壓410；
[0062]
控制器408，所述控制器408的輸入端與所述加法器405的輸出端連接，輸出驅動閉環控制電壓303；
[0063]
乘法器409，所述乘法器409的第一輸入端與所述移相器411的輸出連接，所述乘法器409的第二輸入端與所述控制器408的輸出端連接，輸出驅動電壓304，所述乘法器409的輸出端與所述微機電諧振式器件1的驅動結構2連接。
[0064]
在本實施例中，前置讀出電路401的輸入端300同微機電諧振式器件的振動拾取結構電極7相連，將振動拾取結構6輸出的位移信息轉換為振動位移電壓402，其中，位移信息是振動拾取結構6獲取的振動質量塊5的位移變化量；前置讀出電路401的輸出振動位移電壓402通過第一輸出端輸入到幅值提取單元403和第一輸出端輸入到移相器411。之后通過幅值提取單元403得到振動位移電壓402的幅值信號404，并將該并幅值信號404輸入到加法器405，同位移目標電壓vr406進行作差得到位移誤差電壓410。再將位移誤差電壓410連接至控制器408得到驅動閉環控制電壓303。同時振動位移電壓402通過移相器411后得到電壓信號407，該信號與驅動電壓304同相。將電壓信號407同驅動閉環控制電壓303輸入到乘法器409中得到驅動電壓304，該驅動電壓304將與微機電諧振式器件的驅動結構電極2連接。進而通過該閉環驅動電路可以使微機電諧振式器件在其諧振頻率處以位移目標電壓vr406進行恒幅振動。
[0065]
(三)阻尼控制電路，所述阻尼控制電路302的輸入端與所述閉環驅動電路301的第二輸出端連接，所述阻尼控制電路302的輸出端與所述微機電諧振式器件1的阻尼調節結構8連接。
[0066]
由于在閉環驅動電路的控制下，該微機電諧振式器件的振動質量塊將在其諧振頻率處保持恒幅振動。此時，閉環驅動電路301將驅動閉環控制電壓303(驅動電壓304的幅值信號)通過第二輸出端傳輸至阻尼控制電路302，阻尼控制電路302的輸出連接至微機電諧振式器件的阻尼調節結構電極4。進而實現通過阻尼控制電路對微機電諧振式期間的q值進行調節。
[0067]
在一種可選的實施例中，圖5為本實施例提供的一種微機電諧振式器件阻尼控制電路示意圖，所述阻尼控制電路302，包括：
[0068]
加法器501，所述加法器501的第一輸入端輸入目標驅動電壓vc502，所述加法器501的第二輸入端與所述閉環驅動電路301的第二輸出端連接，輸出品質因數誤差電壓503；
[0069]
控制器504，所述控制器504的輸入端與所述加法器502的輸出端連接，輸出阻尼控制電壓505；
[0070]
調節電阻506，所述調節電阻506為普通直插電阻，或貼片式雙端電阻，所述調節電阻506的輸入端與所述控制器504的輸出端連接，所述調節電阻506的輸出端與所述微機電
諧振式器件的阻尼調節結構8連接。
[0071]
在本實施例中，將閉環驅動電路301中的驅動閉環控制電壓303連接至加法器501同目標驅動電壓vc502進行作差，得到品質因數誤差電壓503，再將品質因數誤差電壓503輸入到控制器504得到阻尼控制電壓505。阻尼控制電壓505再通過調節電阻506直接連接至微機電諧振式器件的阻尼調節結構8，完成阻尼控制閉環。進而在溫變條件下，通過該阻尼控制電路302對阻尼控制電壓進行動態調節，從而實現微機電諧振式器件的阻尼維持恒定，可以使與q值相關的驅動電壓(即驅動閉環控制電壓303)維持在目標驅動電壓502不變，即實現了q值穩定性提升。此外，可以根據需要，調節目標驅動電壓vc502的值大小，來獲得不同的q值，實現對微機電諧振式器件的q值進行精確控制。
[0072]
在另一種可選的實施例中，如圖6所示，圖6為本實施例提供的另一種微機電諧振式器件阻尼控制電路示意圖，所述阻尼控制電路302，包括：
[0073]
加法器501，所述加法器501的第一輸入端輸入目標驅動電壓vc 502，所述加法器501的第二輸入端與所述閉環驅動電路301的第二輸出端連接，輸出品質因數誤差電壓503；
[0074]
控制器504，所述控制器504的輸入端與所述加法器502的輸出端連接，輸出阻尼控制電壓505；
[0075]
調節電阻507，所述調節電阻507為具有電控的三端可變電阻器件，所述調節電阻507的第一端與所述控制器504的輸出端連接，所述調節電阻507的第二端輸入固定控制電壓vb10，所述調節電阻507的第三端與所述微機電諧振式器件的阻尼調節8結構連接。
[0076]
在本實施例中，調節電阻507為具有電控的三端可變電阻器件，具體地，所述三端可變電阻器件是電壓控制的壓控電阻，在實際使用時，可根據阻值需求，可將多個所述三端可變電阻器件串聯或者并聯，以得到不同阻值。
[0077]
將閉環驅動電路301中的驅動閉環控制電壓303連接至加法器501同目標驅動電壓vc502進行作差，得到品質因數誤差電壓503，再將品質因數誤差電壓503輸入到控制器504得到阻尼控制電壓505。將阻尼控制電壓505連接至調節電阻507的控制端口508。調節電阻507的一端連固定控制電壓vb10，另一端連接至微機電諧振式器件的阻尼調節結構8，進而完成阻尼控制閉環。在溫變條件下，通過該阻尼控制電路對調節電阻進行動態調節，從而實現微機電諧振式器件的阻尼維持恒定，可以使與q值相關的驅動電壓(即驅動閉環控制電壓303)維持在目標驅動電壓502不變，即實現了q值穩定性提升。
[0078]
需要說明的是，當采用圖2所示的微機電諧振式器件結構時，可不需要外置電阻，將阻尼控制電路輸出阻尼控制電壓505直接連接至片上電阻11的輸入端12就能實現微機電諧振式器件的阻尼維持恒定。
[0079]
此外，在閉環驅動電路和阻尼控制電路中的控制器是pid控制器，或具有其它控制律的控制器。在實際應用中，將目標控制值與實際反饋值之間的誤差輸入到控制器中，以使控制器輸入控制信號對控制對象進行控制。例如，在閉環驅動電路中，在控制器408中輸入位移誤差電壓410，在經過控制器408調整后輸出驅動閉環控制電壓303；在阻尼控制電路中，在控制器504中輸入品質因數誤差電壓503，在經過控制器504調整后輸出阻尼控制電壓505。
[0080]
在本實施例中，公開了一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置，在微機電諧振式器件中增加了阻尼調節結構，通過閉環驅動電路可使微機電諧振式器件在其諧振
頻率處進行恒幅振動，并利用阻尼控制電路對阻尼控制電壓或調節電阻進行動態調節，從而實現微機電諧振式器件的阻尼維持恒定，以使與品質因數相關的驅動電壓維持在目標驅動電壓vc不變，實現品質因數穩定性(q值)提升。
[0081]
本發明實施例還提供了一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升方法，所述方法應用于上述微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置，如圖7所示，圖7是本發明實施例提出的一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升方法步驟流程圖，所述方法包括：
[0082]
步驟s701：在閉環驅動電路中輸入位移目標電壓vr使微機電諧振式器件在其諧振頻率處進行恒幅振動，并得到驅動閉環控制電壓。
[0083]
步驟s702：將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓輸入到阻尼控制電路得到阻尼控制電壓，并將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構，以實現對所述微機電諧振器品質因數的閉環動態調節。
[0084]
在本實施例中，位移目標電壓vr是用于控制微機電諧振式器件進行恒幅振動的控制電壓，當在閉環驅動電路中輸入位移目標電壓vr后，在該閉環驅動電路的控制下，將驅動電壓輸入到微機電諧振式器件的驅動結構，進而產生驅動力以使振動質量塊產生振動，即使微機電諧振式器件處于恒幅振動，此外，該閉環驅動電路可以根據諧振式器件q值的大小動態調節驅動電壓，使諧振式器件的振動位移保持恒定。其中，恒幅振動是指微機電諧振式器件以恒定幅值進行振動。
[0085]
目標驅動電壓vc是用于控制微機電諧振式器件的品質因數(q值)的控制電壓，當該微機電諧振式器件通過閉環驅動電路處于恒幅振動狀態后，閉環驅動電路同時還輸出的驅動閉環控制電壓。阻尼控制電路根據該驅動閉環控制電壓和目標驅動電壓vc對微機電諧振器的阻尼進行控制，以實現對微機電諧振器品質因數的閉環動態調節，即使微機電諧振式器件的阻尼維持恒定，進而與q值相關的驅動電壓維持在目標驅動電壓vc不變，實現了q值穩定性提升。
[0086]
具體地，所述將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓輸入到阻尼控制電路得到阻尼控制電壓，并將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構，包括：
[0087]
利用所述阻尼控制電路中的加法器將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓進行比較，得到品質因數誤差電壓；
[0088]
利用控制器對所述品質因數誤差電壓進行調節，得到阻尼控制電壓，并通過調節電阻將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構。
[0089]
在本實施例中，基于改進后的微機電諧振式器件、閉環驅動電路和阻尼控制電路可以實現高效、精確地對微機電諧振式器件的品質因數進行控制，實現溫度變化條件下，q值變化極小，驅動電壓幅度恒定。
[0090]
本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
[0091]
本發明實施例是參照根據本發明實施例的方法、裝置、電子設備和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理終端設備
的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理終端設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0092]
這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理終端設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
[0093]
這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理終端設備上，使得在計算機或其他可編程終端設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程終端設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0094]
盡管已描述了本發明實施例的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明實施例范圍的所有變更和修改。
[0095]
最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的相同要素。
[0096]
以上對本發明所提供的一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置及方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
技術特征：
1.一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置，其特征在于，所述裝置包括：微機電諧振式器件，所述微機電諧振式器件包括：驅動結構、振動質量塊、振動拾取結構、阻尼調節結構；閉環驅動電路，所述閉環驅動電路的輸入端與所述微機電諧振式器件的振動拾取結構連接，所述閉環驅動電路的第一輸出端與所述微機電諧振式器件的驅動結構連接；阻尼控制電路，所述阻尼控制電路的輸入端與所述閉環驅動電路的第二輸出端連接，所述阻尼控制電路的輸出端與所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構連接。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述驅動結構、振動拾取結構和阻尼調節結構是變面積滑膜梳齒型電容結構，或變間隙壓膜平行板型電容結構。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微機電諧振式器件包含片上阻尼調節電阻，所述片上調節電阻與所述微機電諧振式器件集成在同一芯片襯底上，所述片上調節電阻與所述阻尼調節結構相連。4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述閉環驅動電路，包括：前置讀出電路，所述前置讀出電路的輸入端與所述微機電諧振式器件的振動拾取結構相連，將位移信息轉換為振動位移電壓，輸出所述振動位移電壓；幅值提取單元，所述幅值提取單元的輸入端與所述前置讀出電路的輸出端連接，輸出所述振動位移電壓的幅值信號；移相器，所述移相器的輸入端與所述前置讀出電路的輸出端相連，對所述振動位移電壓進行相位調整，輸出與驅動電壓同相的電壓信號；加法器，所述加法器的第一輸入端輸入位移目標電壓v
r
，所述加法器的第二輸入端與所述幅值提取單元的輸出端連接，輸出位移誤差電壓；控制器，所述控制器的輸入端與所述加法器的輸出端連接，輸出驅動閉環控制電壓；乘法器，所述乘法器的第一輸入端與所述移相器的輸出連接，所述乘法器的第二輸入端與所述控制器的輸出端連接，輸出驅動電壓，所述乘法器的輸出端與所述微機電諧振式器件的驅動結構連接。5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述阻尼控制電路，包括：加法器，所述加法器的第一輸入端輸入目標驅動電壓v
c
，所述加法器的第二輸入端與所述閉環驅動電路的第二輸出端連接，輸出品質因數誤差電壓；控制器，所述控制器的輸入端與所述加法器的輸出端連接，輸出阻尼控制電壓；調節電阻，所述調節電阻為普通直插電阻，或貼片式雙端電阻，所述調節電阻的輸入端與所述控制器的輸出端連接，所述調節電阻的輸出端與所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構連接。6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述阻尼控制電路，包括：加法器，所述加法器的第一輸入端輸入目標驅動電壓vc，所述加法器的第二輸入端與所述閉環驅動電路的第二輸出端連接，輸出品質因數誤差電壓；控制器，所述控制器的輸入端與所述加法器的輸出端連接，輸出阻尼控制電壓；調節電阻，所述調節電阻為具有電控的三端可變電阻器件，所述調節電阻的第一端與所述控制器的輸出端連接，所述調節電阻的第二端輸入固定控制電壓v
b
，所述調節電阻的第三端與所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構連接。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述三端可變電阻器件是電壓控制的壓控電阻，或數字控制電位器；根據阻值需求，可將多個所述三端可變電阻器件串聯或者并聯，以得到不同阻值。8.根據權利要求4-6任一所述的裝置，其特征在于，所述控制器是pid控制器，或具有其它控制律的控制器。9.一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升方法，其特征在于，應用于權利要求1-8任一所述的微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置，所述方法包括：在閉環驅動電路中輸入位移目標電壓v
r
使微機電諧振式器件在其諧振頻率處進行恒幅振動，并得到驅動閉環控制電壓；將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓輸入到阻尼控制電路得到阻尼控制電壓，并將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構，以實現對所述微機電諧振器品質因數的閉環動態調節。10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓輸入到阻尼控制電路得到阻尼控制電壓，并將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構，包括：利用所述阻尼控制電路中的加法器將目標驅動電壓vc和所述驅動閉環控制電壓進行比較，得到品質因數誤差電壓；利用控制器對所述品質因數誤差電壓進行調節，得到阻尼控制電壓，并通過調節電阻將所述阻尼控制電壓輸入到所述微機電諧振式器件的阻尼調節結構。
技術總結
本發明提供了一種微機電諧振式器件品質因數穩定性提升裝置及方法，所述裝置包括：微機電諧振式器件、閉環驅動電路和阻尼控制電路，閉環驅動電路的輸入端與微機電諧振式器件的振動拾取結構連接，閉環驅動電路的第一輸出端與微機電諧振式器件的驅動結構連接，阻尼控制電路的輸入端與閉環驅動電路的第二輸出端連接，阻尼控制電路輸出端與微機電諧振式器件的阻尼調節結構連接。在本發明中，通過閉環驅動電路可使微機電諧振式器件在其諧振頻率處進行恒幅振動，在溫變條件下，通過阻尼控制電路對阻尼控制電壓或調節電阻進行動態調節，實現微機電諧振式器件的阻尼維持恒定，使與品質因數相關的驅動電壓維持在目標驅動電壓不變，實現品質因數穩定性提升。實現品質因數穩定性提升。實現品質因數穩定性提升。
