專利名稱：用于靜電激勵(lì)微機(jī)電裝置的選通電壓控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及用于激勵(lì)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的電路， 更特別地涉及用于靜電激勵(lì)MEMS開關(guān)的選通電壓控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置中提供靜電激勵(lì)是已知的，其中所述 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置包括響應(yīng)于這種靜電激勵(lì)的激勵(lì)器(例如懸 臂梁)。例如，在MEMS開關(guān)中，通常通過(guò)把來(lái)自電壓源的電壓施加 在三端裝置中的柵極端子和源極端子之間或者四端裝置中的柵極端子 和柵極接地之間來(lái)進(jìn)行靜電激勵(lì)。該激勵(lì)電壓可以具有從大約3V至大 約〉100V的范圍，并且通?？梢宰鳛殡A躍函數(shù)或者階躍函數(shù)的可實(shí)現(xiàn)近 4以而^皮施力口。例如，當(dāng)該階躍函數(shù)電壓低(例如ov)時(shí)，常開開關(guān)會(huì)保持?jǐn)嚅_。當(dāng)該階躍函數(shù)變高(例如100V)時(shí)，該開關(guān)會(huì)閉合到導(dǎo)通開關(guān)狀態(tài)。對(duì)于這種靜電激勵(lì)而言，實(shí)施對(duì)電壓源的控制往往是不復(fù)雜的。打個(gè)比 方來(lái)說(shuō)，這類似于盡可能快地(不踩剎車)加速車輛(例如懸臂梁)， 以便到達(dá)終點(diǎn)標(biāo)(例如開關(guān)觸點(diǎn))。在開關(guān)閉合事件或者開關(guān)斷開事件期間，這種形式的靜電激勵(lì)(例 如階躍函數(shù))可能會(huì)引入不希望有的效應(yīng)，這也是已知的。例如，在開 關(guān)閉合事件中，隨著懸臂梁接近開關(guān)觸點(diǎn)，柵極和懸臂之間的間隙逐漸減小，并且導(dǎo)致作用于懸臂上的靜電力增大(oc"間隙的平方)。因此，當(dāng)懸臂梁接近該觸點(diǎn)時(shí)，懸臂梁大大加速，并且可能會(huì)以相當(dāng)大的力沖 擊到該觸點(diǎn)(例如高速?zèng)_擊)。該高速?zèng)_擊會(huì)具有若干后果。首先，在初始高速?zèng)_擊之后，該梁和 /或觸點(diǎn)在由激勵(lì)電壓驅(qū)動(dòng)以便建立連續(xù)的接觸之前會(huì)回彈(例如機(jī)械振 蕩或反彈)。該跳動(dòng)在該梁最終穩(wěn)定之前會(huì)發(fā)生一次或多次。解決該高速?zèng)_擊(以及伴隨的)跳動(dòng)的一些方法通常包括能夠影響MEMS裝置 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的、麻煩的且高成本的方法，例如改變?cè)摿旱奈锢沓叽绾? 或材料以便使其更硬、改變開關(guān)操作的環(huán)境、利用阻尼結(jié)構(gòu)等等。其他方法包括降低激勵(lì)電壓的強(qiáng)度以便降低所施加的靜電力(打個(gè)比方來(lái) 說(shuō)，這可以比作不盡可能快地加速車輛到終點(diǎn)標(biāo))。然而，這往往會(huì)把 開關(guān)激勵(lì)時(shí)間增大到不可接受的水平。高速?zèng)_擊的另一后果是隨著時(shí)間 而快速降低開關(guān)觸點(diǎn)的性能的傾向。開關(guān)在其壽命期間額定執(zhí)行的操作 周期的數(shù)量通常受到觸點(diǎn)磨損的限制。例如，如果可以減小對(duì)碰撞的開 關(guān)觸點(diǎn)的物理沖擊量，則會(huì)減小或者消除反彈量，并且可以對(duì)開關(guān)的額 定值增加大量的操作周期。類似地，在開關(guān)斷開事件期間，該懸臂梁往往會(huì)越過(guò)它的中性(例 如正常)斷開位置，并且可能會(huì)一直振蕩到它最終到達(dá)該中性位置。該振蕩運(yùn)動(dòng)可能會(huì)在斷開事件期間產(chǎn)生變化的隔絕(standoff)電壓。振蕩運(yùn) 動(dòng)意^^著，即使在MEMS開關(guān)已經(jīng)斷開并且已經(jīng)達(dá)到標(biāo)稱額定耐壓之 后，該開關(guān)(例如懸臂位置)也可能在最終穩(wěn)定在中性位置并且永久地 滿足耐壓的標(biāo)稱值之前瞬時(shí)下降到它的額定隔絕電壓以下 一次或多次。 在開關(guān)下降到它的額定隔絕電壓以下的時(shí)刻期間，這可能會(huì)導(dǎo)致該耐壓 相對(duì)于源(負(fù)載)電壓小于所需的介電隔離，并且可能會(huì)導(dǎo)致不希望有 的電弧放電(電壓擊穿)狀態(tài)，或者由于靜電吸引而導(dǎo)致的瞬時(shí)再閉合。 鑒于前述考慮，因此需要一種改進(jìn)的靜電控制。例如，希望提供一 種系統(tǒng)和/或技術(shù)，用于適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)(成形)該柵極激勵(lì)電壓以便減小 MEMS裝置(例如開關(guān))中的懸臂梁的碰撞沖擊(或者減小在開關(guān)斷開 事件期間懸臂梁的振蕩運(yùn)動(dòng)(例如過(guò)沖))，而不會(huì)大大減小開關(guān)的激 勵(lì)時(shí)間。發(fā)明內(nèi)容一般而言，在本發(fā)明的一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種用于靜電激勵(lì) 農(nóng)M幾電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)的選通電壓控制系統(tǒng)。該開關(guān)可以包括可移 動(dòng)通過(guò)間隙的靜電響應(yīng)激勵(lì)器，用于對(duì)應(yīng)于閉合開關(guān)狀態(tài)和斷開開關(guān)狀 態(tài)之一來(lái)把該開關(guān)激勵(lì)到相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)。該控制系統(tǒng)包括電耦合到開 關(guān)的柵極端子以便施加選通電壓的驅(qū)動(dòng)電路。該控制系統(tǒng)還包括電耦合 到驅(qū)動(dòng)電路的控制器，用于根據(jù)選通電壓控制序列來(lái)控制施加到選通端 子的選通電壓。該選通電壓控制序列可以包括第一間隔，用于把選通電 壓斜升到 一個(gè)電壓水平，以便產(chǎn)生足以使得激勵(lì)器加速通過(guò)激勵(lì)器所橫 穿的間隙的一部分從而達(dá)到相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)的靜電力。該選通電壓控制序列還可包括第二間隔，用于把選通電壓斜降到足以減小作用于可移動(dòng) 激勵(lì)器的靜電力的水平。這允許減小激勵(lì)器接合開關(guān)觸點(diǎn)以便建立閉合 開關(guān)狀態(tài)的力的大小，或者在達(dá)到斷開開關(guān)狀態(tài)時(shí)避免激勵(lì)器的過(guò)沖位置。在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種用于靜電激勵(lì)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的選通電壓控制系統(tǒng)。該裝置可以包括可移動(dòng)通過(guò)間 隙的靜電響應(yīng)激勵(lì)器，用于對(duì)應(yīng)于第 一激勵(lì)狀態(tài)和第二激勵(lì)狀態(tài)之一來(lái) 把該裝置激勵(lì)到相應(yīng)的激勵(lì)狀態(tài)。該選通電壓控制系統(tǒng)可以包括電耦合 到該裝置的柵極端子以便施加選通電壓的驅(qū)動(dòng)電路。該選通電壓控制系 統(tǒng)還可包括電耦合到驅(qū)動(dòng)電路的控制器，用于根據(jù)選通電壓控制序列來(lái) 控制施加到選通端子的選通電壓。該選通電壓控制序列可以包括第一間 隔，用于把選通電壓斜升到一個(gè)電壓水平，以便產(chǎn)生足以使得激勵(lì)器加 速通過(guò)激勵(lì)器所橫穿的間隙的 一部分從而達(dá)到相應(yīng)的激勵(lì)狀態(tài)的靜電 力。該選通電壓控制序列還可包括第二間隔，用于把選通電壓斜降到足 以減小作用于可移動(dòng)激勵(lì)器的靜電力的水平。這允許減小激勵(lì)器接合開 關(guān)觸點(diǎn)以便建立第 一激勵(lì)狀態(tài)的力的大小，或者在達(dá)到第二激勵(lì)狀態(tài)時(shí) 避免激勵(lì)器的過(guò)沖位置。


在下面考慮到附圖的描述中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，所述附圖示出圖1是可以被配置成根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面執(zhí)行MEMS裝置的靜 電激勵(lì)的選通電壓控制系統(tǒng)的示意圖。圖2是可以被配置成根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面靜電激勵(lì)MEMS裝置 的選通電壓的波形的 一個(gè)示例實(shí)施例的曲線圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面的選通電壓的波形的另 一個(gè)示例實(shí)施 例的曲線圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，在此描述了可以-故用來(lái)例如對(duì)于基于微機(jī) 電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)的開關(guān)陣列提供選通電壓控制(例如以便滿足所 期望的開關(guān)狀態(tài))的結(jié)構(gòu)和/或操作關(guān)系。當(dāng)前，MEMS通常是指微米 尺度的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)例如能夠通過(guò)微制造技術(shù)在同一個(gè)襯底上集成多個(gè)功能不同的元件，例如機(jī)械元件、機(jī)電元件、傳感器、激勵(lì)器和電子器件。然而，可以-沒(méi)想到，當(dāng)前在MEMS裝置中可用的許多4支術(shù)和結(jié)構(gòu) 將在僅僅若干年之后通過(guò)基于納米技術(shù)的裝置可以獲得，所述基于納米 技術(shù)的裝置例如是尺寸上可以小于100納米的結(jié)構(gòu)。因此，即使在本文 獻(xiàn)中所述的示例實(shí)施例可能是指基于MEMS的裝置，但是可以認(rèn)為， 本發(fā)明的創(chuàng)造性方面也應(yīng)當(dāng)從廣義上來(lái)解釋，而不應(yīng)當(dāng)限于微米尺寸的 裝置。在下面的詳細(xì)描述中陳述了許多特定細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明各種 實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，本發(fā)明的各實(shí)施 例可以在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)行，本發(fā)明不限于所述實(shí)施 例，并且本發(fā)明還可以一皮實(shí)行為各種可選實(shí)施例。在其他實(shí)例中沒(méi)有詳 細(xì)描述^^知的方法、過(guò)程和部件。而且，各種操作可以被描述為以有助于理解本發(fā)明各實(shí)施例的方式 而執(zhí)行的多個(gè)離散步驟。然而，描述的順序不應(yīng)當(dāng)被解釋為意味著這些 操作需要按照它們被給出的順序來(lái)執(zhí)行，并且它們甚至與順序無(wú)關(guān)。此 外，重復(fù)使用的短語(yǔ)"在一個(gè)實(shí)施例中"不一定是指同一個(gè)實(shí)施例，盡 管它可能是指同一個(gè)實(shí)施例。最后，本申請(qǐng)中所使用的術(shù)語(yǔ)"包括"、 "包含"、"具有"等等打算是同義的，除非另有說(shuō)明。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)創(chuàng)新地認(rèn)識(shí)到用于有選擇地調(diào)節(jié)選通電壓以 便靜電激勵(lì)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置(例如開關(guān))中的可移動(dòng)激勵(lì)器 (例如懸臂梁類型的激勵(lì)器)的系統(tǒng)和/或技術(shù)。例如，在開關(guān)閉合事件 期間，根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面調(diào)節(jié)選通電壓可允許提供對(duì)開關(guān)觸點(diǎn)的減 震效應(yīng)。相反，在開關(guān)斷開事件期間，根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面調(diào)節(jié)選通 電壓可允許減小懸臂梁的振蕩運(yùn)動(dòng)(例如過(guò)沖位置)。圖1是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面被配置成執(zhí)行MEMS開關(guān)14的靜電 激勵(lì)的選通電壓控制系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)可以包括響應(yīng)于控制器12 的柵極驅(qū)動(dòng)器10。該靜電激勵(lì)可以通過(guò)施加合適配置的選通電壓來(lái)執(zhí) 行，所述選通電壓由柵極驅(qū)動(dòng)器10施加在例如三端裝置中的柵極端子 16和源極端子18 (例如懸臂梁)之間或者四端裝置中的柵極端子和柵 極接地之間。圖1說(shuō)明斷開的三端開關(guān)狀態(tài)。 一旦可移動(dòng)梁被激勵(lì)到閉 合狀態(tài)，則懸臂梁18的至少一段將物理地接觸MEMS開關(guān)的漏極端子 20 (例如開關(guān)觸點(diǎn))。圖2是可以被配置成根據(jù)本發(fā)明的的多個(gè)方面靜電激勵(lì)MEMS開 關(guān)的選通電壓(即垂直軸)的波形的一個(gè)示例實(shí)施例的曲線圖。為了解 釋說(shuō)明性的指導(dǎo)原則，該曲線圖可沿時(shí)間軸(即水平軸)被再分成間隔(例如四個(gè))的序列。將會(huì)理解，圖2中用圖形所描繪的這種示例間隔 不打算對(duì)本發(fā)明的多個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格分類，因?yàn)樵趯?shí)際的實(shí)施中，這樣 的間隔中的任何一個(gè)可以被加強(qiáng)(或削弱)到更高或更低的程度，這取 決于給定應(yīng)用的要求。間隔T1:在該初始間隔中，選通電壓可以被選為提供快速率的上升 電壓。這允許把足夠的能量賦予懸臂梁，以便獲得加速度并且橫穿間隙(利用字母g來(lái)標(biāo)記)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，選通電壓的幅度(標(biāo)記為電壓Vl)可以被選為足夠高，只要該幅度保持在避免了間隙電壓擊 穿的值以內(nèi)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，間隔Tl的持續(xù)時(shí)間可以為幾百納 秒的數(shù)量級(jí)，以便確保提供足夠的動(dòng)量來(lái)克服作用于懸臂梁的彈性力。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，選通電壓的幅度V1可以基于懸臂梁的尺 寸(例如質(zhì)量)和剛度以及在柵極處的間隙來(lái)選擇。以這種方式，可以 與該梁的尺寸成比例地賦予懸臂梁運(yùn)動(dòng)。間隔T2:在該示例間隔中，選通電壓可以;故選為以快得足以允許懸 臂梁靠慣性滑行的速率來(lái)斜降。該速率可以通過(guò)分析來(lái)估計(jì)(或者用實(shí) 驗(yàn)來(lái)導(dǎo)出)，然后在控制器12中進(jìn)行編程。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，如果在時(shí)間 域中確定懸臂動(dòng)力學(xué)(例如運(yùn)動(dòng))和柵極激勵(lì)之間的合適關(guān)系，則可以 估計(jì)出作為時(shí)間的函數(shù)的懸臂在間隙中的位置。間隔T3: —旦到達(dá)預(yù)定電壓(標(biāo)記為電壓V2),則可以終止選通 電壓的斜降。電壓V2的值可以被選為保持懸臂梁的尖端僅僅略微超出 漏極。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在間隔T3的持續(xù)時(shí)間可以施加該保持電 壓V2,以使MEMS開關(guān)陣列中基本上每個(gè)懸臂梁都能夠基本上均勻地 松弛并且穩(wěn)定其在間隙中的相應(yīng)位置僅僅略微超出漏極觸點(diǎn)。用于施加 保持電壓V2的持續(xù)時(shí)間可以是幾個(gè)納秒的數(shù)量級(jí)，這取決于MEMS開 關(guān)陣列中的懸臂梁的平均松弛時(shí)間。再一次，可以通過(guò)分析估計(jì)(或者 用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出)諸如保持電壓V2的值和用于施加保持電壓V2的持續(xù)時(shí) 間之類的參數(shù)，并且在控制器12中進(jìn)行編程。間隔T4: 一旦基本上每個(gè)懸臂位置是基本上穩(wěn)定的狀態(tài)，例如，被 定位成僅僅略微超出開關(guān)觸點(diǎn)，則選通電壓可以被斜升到 一個(gè)電壓值(標(biāo)記為V3 ),以便建立與漏極端子的接觸。閉合電壓V3的幅度可以 基于所期望的接觸壓力量來(lái)選擇?？梢栽O(shè)想到，由于每個(gè)懸臂將會(huì)響應(yīng)于被配置成提供受控的速度和 力的選通電壓而橫穿間隙，則跳動(dòng)的量將被消除或者被大大減小。此外， 通過(guò)選擇閉合電壓V3的適當(dāng)值，該接觸壓力可以適合于相對(duì)較低的接 觸電阻纟犬況。上述的電壓選通控制包括開環(huán)控制，并且可以設(shè)想，在操作中將減 小構(gòu)成MEMS開關(guān)陣列的多個(gè)懸臂梁的閉合時(shí)間的變化，同時(shí)維持相 對(duì)較快的激勵(lì)時(shí)間，并且一致地建立適當(dāng)?shù)慕佑|壓力而沒(méi)有跳動(dòng)。將會(huì) 認(rèn)識(shí)到，體現(xiàn)本發(fā)明的多個(gè)方面的電壓選通控制可適于執(zhí)行閉環(huán)控制。 例如，可以采用合適的傳感器(例如基于電容的傳感器、基于隧道電流 的傳感器等等)來(lái)監(jiān)視懸臂運(yùn)動(dòng)(例如位置、速度)，并且該信息可以 被提供給控制器來(lái)相應(yīng)地調(diào)節(jié)選通信號(hào)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，預(yù)期間 隔序列的總激勵(lì)時(shí)間(例如Tl + T2 + T3 + T4 )可以是5微秒的數(shù)量級(jí)。圖3是可以被配置成根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面靜電激勵(lì)MEMS開關(guān) 的選通電壓20的波形的另一個(gè)示例實(shí)施例的曲線圖，該選通電壓20被 繪制為時(shí)間的函數(shù)。圖3還說(shuō)明懸臂位置22的曲線圖，該懸臂位置22 也被繪制為時(shí)間的函數(shù)。如圖3所示，在示例間隔T1中，選通電壓可 以被選為提供快速率的上升電壓到電壓水平VI。這允許把足夠的能量 賦予懸臂梁以便獲得加速度。在與開關(guān)觸點(diǎn)發(fā)生碰撞之前的一些預(yù)定時(shí) 間，隨著懸臂繼續(xù)以基本上非加速的方式(例如靠慣性滑行)接近開關(guān) 觸點(diǎn)，選通電壓在示例間隔T2期間被斜降(例如關(guān)斷)。在示例間隔 T3,在懸臂梁進(jìn)行初次接觸之后(或者正好在進(jìn)行這種接觸之前)，選 通電壓將被再次施加以達(dá)到保持電壓V2,以便維持(或建立)這種初 始接觸。預(yù)期該選通電壓控制將類似地避免懸臂梁和開關(guān)觸點(diǎn)的高速碰 撞，這是因?yàn)殪o電力的加速效應(yīng)會(huì)消失(例如通過(guò)在T2間隔期間關(guān)斷 柵極電壓)，并且將允許開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)行相對(duì)較軟的初始接觸，其主要由 作用于該梁的慣性力來(lái)驅(qū)動(dòng)。然后選通電壓將被再次施加以建立強(qiáng)接 觸，并且將使觸點(diǎn)免于在該梁的彈性力下再次斷開。在操作中，該技術(shù) 將類似地使觸點(diǎn)免于在沖擊下跳動(dòng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，作用于懸臂梁的加速力是靜電力和彈 性力的矢量和。由于彈性力在靜止位置為零，所以初始力完全是由柵極電壓引起的。然而，靜電力是柵源電壓(VA2)以及柵極和源極之間的 間隙距離(dA2)的倒數(shù)的函數(shù)。因此，當(dāng)該梁移動(dòng)得越來(lái)越靠近柵極 時(shí)，靜電力基于平方律關(guān)系而增大，但是彈性力線性增大。因此，靜電 能被輸入到彈簧中并且轉(zhuǎn)換成該梁的動(dòng)能。如上所述，在某一點(diǎn)，該電 壓減小，并且這允許彈簧吸收該梁的許多動(dòng)能，例如僅僅在與固定觸點(diǎn) (漏極)接觸之前幾乎停止梁運(yùn)動(dòng)。當(dāng)梁和漏極接觸時(shí)，所施加的電壓 可以增加的速率快得足以克服彈性反彈力，并且高得足以保持觸點(diǎn)一起 處于足夠低的電阻。在斷開中，隨著該梁接近靜止位置，所施加的電壓 需要快速吸收該梁的動(dòng)能，該動(dòng)能實(shí)際上等于已經(jīng)存儲(chǔ)在彈簧中的能 量。這通常被稱為把臨界阻尼提供給振蕩系統(tǒng)，并且在一個(gè)示例實(shí)施例 中，允許大約10%過(guò)沖的阻尼可以提供隔絕電壓的相對(duì)較快的恢復(fù)，而 沒(méi)有瞬時(shí)減小的間隙。雖然在此已經(jīng)示出和說(shuō)明了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是注意，這些 實(shí)施例僅僅作為例子被提供?？梢赃M(jìn)行多種變化、改變和替代而不會(huì)脫 離在此的本發(fā)明的多個(gè)方面。因此，打算本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求書 的精神和范圍來(lái)限定。附圖標(biāo)記列表10柵極驅(qū)動(dòng)器12控制器14MEMS開關(guān)16柵極端子18源極端子20選通電壓22懸臂位置Tl初始時(shí)間間隔T2時(shí)間間隔T3時(shí)間間隔T4時(shí)間間隔VI選通電壓V2保持電壓V3閉合電壓
權(quán)利要求
1.一種用于靜電激勵(lì)微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)(14)的選通電壓控制系統(tǒng)，其中該開關(guān)包括可移動(dòng)通過(guò)間隙的靜電響應(yīng)激勵(lì)器，用于對(duì)應(yīng)于閉合開關(guān)狀態(tài)和斷開開關(guān)狀態(tài)之一來(lái)把該開關(guān)激勵(lì)到相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)，所述選通電壓控制系統(tǒng)包括電耦合到該開關(guān)的柵極端子(16)以便施加選通電壓的驅(qū)動(dòng)電路(10)；以及電耦合到驅(qū)動(dòng)電路的控制器(12)，用于根據(jù)選通電壓控制序列來(lái)控制施加到選通端子的選通電壓，其中該選通電壓控制序列包括第一間隔(T1)，用于把選通電壓斜升到一個(gè)電壓水平，以便產(chǎn)生足以使得激勵(lì)器加速通過(guò)激勵(lì)器所橫穿的間隙的一部分從而達(dá)到相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)的靜電力，該選通電壓控制序列還包括第二間隔(T2)，用于把選通電壓斜降到足以減小作用于可移動(dòng)激勵(lì)器的靜電力的水平，從而減小激勵(lì)器接合開關(guān)觸點(diǎn)以便建立閉合開關(guān)狀態(tài)的力的大小，或者在達(dá)到斷開開關(guān)狀態(tài)時(shí)避免激勵(lì)器的過(guò)沖位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，該選通電壓控制序列 還包括第三間隔，用于把選通電壓斜升到一個(gè)電壓水平，以便產(chǎn)生足以 在激勵(lì)器接合開關(guān)觸點(diǎn)以便建立閉合開關(guān)狀態(tài)之后維持激勵(lì)器與開關(guān) 觸點(diǎn)之間所期望大小的機(jī)械壓力的靜電力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，該激勵(lì)器包括懸臂梁。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中，該微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)包 括微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)的陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，在第二間隔期間所達(dá) 到的選通電壓被施加足夠長(zhǎng)的時(shí)間周期，以便允許在接合多個(gè)對(duì)應(yīng)開關(guān) 觸點(diǎn)之前，開關(guān)陣列的相應(yīng)懸臂梁在間隙中相對(duì)于彼此穩(wěn)定它們相應(yīng)的 位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為 開環(huán)控制器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，當(dāng)該懸臂移動(dòng)通過(guò)間 隙以便把開關(guān)激勵(lì)到相應(yīng)開關(guān)狀態(tài)時(shí)，所述控制器被耦合以便監(jiān)視懸臂 運(yùn)動(dòng)，以及此外其中，所述控制器被配置成至少基于所監(jiān)視的懸臂運(yùn)動(dòng) 來(lái)執(zhí)行閉環(huán)選通電壓控制序列。
8. —種用于靜電激勵(lì)微機(jī)電系統(tǒng)裝置(14)的選通電壓控制系統(tǒng)， 其中該裝置包括可移動(dòng)通過(guò)間隙的靜電響應(yīng)激勵(lì)器，用于對(duì)應(yīng)于第 一激 勵(lì)狀態(tài)和第二激勵(lì)狀態(tài)之一來(lái)把該裝置激勵(lì)到相應(yīng)的激勵(lì)狀態(tài)，所述控 制系統(tǒng)包括電耦合到該裝置的柵極端子(16)以便施加選通電壓的驅(qū)動(dòng)電路 (10);以及電耦合到驅(qū)動(dòng)電路的控制器(12)，用于根據(jù)選通電壓控制序列來(lái) 控制施加到選通端子的選通電壓，其中該選通電壓控制序列包括第一間 隔(T1),用于把選通電壓斜升到一個(gè)電壓水平，以便產(chǎn)生足以使得激 勵(lì)器加速通過(guò)激勵(lì)器所橫穿的間隙的 一 部分從而達(dá)到相應(yīng)的激勵(lì)狀態(tài) 的靜電力，該選通電壓控制序列還包括第二間隔(T2),用于把選通電 壓斜降到足以減小作用于可移動(dòng)激勵(lì)器的靜電力的水平，從而減小激勵(lì) 器接合開關(guān)觸點(diǎn)以便建立笫 一激勵(lì)狀態(tài)的力的大小，或者在達(dá)到第二激 勵(lì)狀態(tài)時(shí)避免激勵(lì)器的過(guò)沖位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，該選通電壓控制序列 還包括第三間隔，用于把選通電壓斜升到一個(gè)電壓水平，以便產(chǎn)生足以 在激勵(lì)器接合開關(guān)觸點(diǎn)以便建立第一激勵(lì)狀態(tài)之后維持激勵(lì)器和開關(guān) 觸點(diǎn)之間所期望大小的機(jī)械壓力的靜電力。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中該微機(jī)電系統(tǒng)裝置包括 微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)，其中該激勵(lì)器包括懸臂梁，以及其中笫一激勵(lì)狀態(tài)包 括閉合開關(guān)狀態(tài)，笫二激勵(lì)狀態(tài)包括閉合開關(guān)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于靜電激勵(lì)微機(jī)電裝置的選通電壓控制系統(tǒng)和方法。該選通電壓控制系統(tǒng)可包括電耦合到該裝置的柵極端子(16)的驅(qū)動(dòng)電路(10)；以及電耦合到驅(qū)動(dòng)電路的控制器(12)，其中該選通電壓控制序列可包括第一間隔(T1)，用于把選通電壓斜升到一個(gè)電壓水平，以便產(chǎn)生足以使得激勵(lì)器加速通過(guò)激勵(lì)器所橫穿的間隙的一部分從而達(dá)到相應(yīng)的激勵(lì)狀態(tài)的靜電力；以及該選通電壓控制序列還可包括第二間隔(T2)，用于把選通電壓斜降到足以減小作用于可移動(dòng)激勵(lì)器的靜電力的水平。這允許減小激勵(lì)器接合開關(guān)觸點(diǎn)以便建立第一激勵(lì)狀態(tài)的力的大小，或者在達(dá)到第二激勵(lì)狀態(tài)時(shí)避免激勵(lì)器的過(guò)沖位置。
文檔編號(hào)H01H59/00GK101231920SQ200810002899
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者A·D·薩特, C·凱梅爾, E·K·霍韋爾, J·I·賴特, J·N·帕克, K·V·S·R·基肖爾, K·蘇布拉馬尼安, L·雀, W·J·普雷默拉尼, X·王 申請(qǐng)人:通用電氣公司