改进mems振荡器启动的系统及方法

改进mems振荡器启动的系统及方法
【专利摘要】MEMS谐振器系统包括MEMS谐振器、启动电路、反馈电路、振荡器以及开关。所述MEMS谐振器系统被配置为提供有频率和周期的脉冲的启动信号，以便传送给所述MEMS谐振器的能量在短时间被优化，这就缩短了振荡器的启动时间。当所述MEMS谐振器的振荡已实现的时候，所述MEMS谐振器系统被配置为断开所述启动信号，并且在反馈电路中切换以将所述MEMS谐振器维持在振荡状态。
【专利说明】改进MEMS振荡器启动的系统及方法

【技术领域】
[0001]本发明通常涉及用于电子系统中的微机电系统(MEMS)器件。更具体地说，本发明涉及缩短与MEMS振荡器相关联的启动时间的系统及方法。

【背景技术】
[0002]微机电系统(MEMS)器件被广泛应用于例如汽车、惯性制导系统、家用电器、各种器件的保护系统、蜂窝通信器件以及很多其它工业、科学、以及工程系统的应用中。这样的MEMS器件可被用于感测物理状况，例如加速度、压力、角旋转或温度，并向使用了该MEMS传感器的系统和/或应用提供表示所感测的物理状况的电信号。这样的MEMS器件还可以包括或被用于给各种机电系统提供振荡器功能。

【专利附图】

【附图说明】
[0003]结合附图(不一定按比例绘制)并参阅详细说明书以及权利要求，对本发明可以有比较完整的理解。其中在附图中类似的参考符号表示相同的元件，以及:
[0004]图1显示了典型的MEMS谐振器电路的方框图；
[0005]图2显示了表明与图1的典型的MEMS谐振器电路相关联的启动时间的图表；
[0006]图3显示了根据实施例的教导配置的MEMS谐振器系统的方框图；
[0007]图4a和图4b显示了大体上说明了与图3的实施例相关联的特定信号和力的图表;
[0008]图4c显示了大体上说明了与图3的实施例相关联的频率与能量密度的图表；
[0009]图5显示了大体上说明了与图3的实施例相关联的近似的力能量和频率失配的图表;
[0010]图6显示了大体上比较了与典型的MEMS谐振器电路和图3的实施例相关联的启动时间的图表；
[0011]图7根据实施例，显示了缩短与MEMS振荡器相关联的启动时间的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0012]由于相对低的成本，电容传感MEMS设计在加速度、角旋转、压力环境以及微型化装置的操作中非常需要。当受到加速度、角旋转、压力或MEMS器件被设计成对其响应的其它一些外部激励的时候，电容传感MEMS器件提供了对应于所应用激励的幅值的电容变化。换句话说，在给定时间的MEMS器件的电输出对应于在该给定时间施加于该MEMS器件的激励的幅值。以这种方式，通过监测MEMS器件的电输出，系统可以确定施加于各种MEMS器件的外部激励(压力、加速度等等)的幅值，并使用该信息来帮助确定系统应该采取哪些操作以响应于激励。例如，基于MEMS加速计装置的电输出，感测了汽车的迅速减速的汽车气囊系统可以确定有必要弹出安全气囊以保护车辆乘员。MEMS器件的常见形式是在以有“跷跷板”或“上下摇动”配置的2层电容传感器形式的加速计。这种通常使用的传感器类型使用了以Z轴加速度在衬底上旋转的可运动元件或板。加速计结构可以测量两个不同的电容以确定差分或相对电容，并将该信息作为输出提供给MEMS加速计。被设计用于感测其它施加的激励的其它MEMS器件可以采取各种形式，其前提是MEMS器件的输出被配置为对应于被监测的激励的幅值。
[0013]在某些应用中，包括在MEMS器件也用作传感器的某些应用中，MEMS器件也可被配置为提供振荡器功能。在一些应用中，MEMS器件可被配置为只作为振荡器运行。当作为振荡器运行的时候，MEMS器件的功能可以是提供有特定频率和预定输出信号幅值的输出信号。由MEMS电路提供的该振荡输出信号可以作为到要求指定输入频率信号以进行运作的其它系统器件以及组件的输入，并且还可以作为参考信号或参考点以确定MEMS传感器是否受到某些力。
[0014]在涉及MEMS惯性传感器应用的一个实施例中，振荡信号或MEMS器件的机械部分的振荡可被MEMS传感器使用以确定相对于某一轴是否发生运动。该信息随后可被采用了MEMS惯性传感器的器件用于确定包含了或利用了 MEMS惯性传感器的器件的行进方向和/或距离。在这样的应用中，由MEMS器件所提供的振荡是必要的，以便系统确定是否发生运动以及这种运动的特性。
[0015]所有的振荡器，包括MEMS振荡器，需要给振荡器系统提供外部能量以保持振荡器在所需的频率和所需的振幅进行正确地操作。此外，当在非振荡状态的时候，所有的振荡器需要给振荡器提供能量以进入振荡状态。此外，在所有的振荡器中，在能量被应用于振荡器的时间以及在振荡器开始在所需的频率和所需的振幅正确振荡的时间之间有延迟。
[0016]在很多电子系统中，例如，手持电话和计算机系统以及其它电池供电系统,例如汽车，低功耗是重要的设计标准。目标是提供用户需要的功能，而不会不必要地消耗系统电池。很多这样的系统都采用MEMS传感器和/或振荡器来提供功能，例如，导航功能。很多导航系统都采用MEMS振荡器给该系统提供参考点，以便其能够确定有关导航系统的运动的细节。如果没有MEMS振荡器参考点，导航系统提供关于导航系统行程的准确信息的能力就会受到损害。因此，当导航系统被使用的时候，MEMS振荡器的正确操作是很重要的。然而，正如上面所指出的，所有的振荡器都要求提供能量以保持振荡器振荡。因为需要能量，保持MEMS振荡器持续运行将是问题，因为电池电量会耗尽。
[0017]另一方面，虽然用于降低功耗，“根据需要”开启MEMS振荡器也将是问题。这样的系统的用户通常希望能够立即使用设备(例如，有导航功能的手机或者汽车导航系统)。然而，正如上面所指出的，在能量被应用于不在谐振状态的MEMS谐振器的时间以及当MEMS振荡器在适当频率和幅值谐振以允许器件依赖它来正常运作的时间之间有延迟。启动时间的延迟可能很长，以使“按需”振荡不能被很多应用接受。
[0018]“按需”振荡可以被使用的一个例子是处在基于手机的导航或追踪的区域中。手机可以包含感测手机运动的加速计电路，并且还可以包含采用了追踪手机(行程方向和距离)运动的MEMS传感器的导航电路。当加速计感测表示手机运动的加速度的时候，它可能会导致手机中的电路“开启”MEMS振荡器，以便惯性导航系统可以开始追踪手机运动。然而，惯性导航系统将不能运行，直到MEMS振荡器在所需的频率和幅值振荡为止。当惯性导航系统“等待”MEMS振荡器启动的时候，在启动阶段与手机运动有关的有价值数据会丢失。
[0019]所需的是缩短MEMS振荡器的启动时间(MEMS振荡器达到振荡所需的频率和幅值的时间量)的系统和方法。当不需要的时候，这样做将允许系统采用MEMS振荡器关闭MEMS振荡器，从而降低功耗，并以“按需”方式迅速开启MEMS振荡器，以便采用了 MEMS振荡器的应用不会被MEMS振荡器的启动过程不必要地延迟。
[0020]图1显示了典型的MEMS谐振器电路10的方框图。MEMS谐振器电路10包括MEMS谐振器12。MEMS谐振器12被配置为具有基于MEMS谐振器12的机电特性预定的基本或固有谐振频率。当在基本或固有频率处的包含了能量的激励被施加于MEMS谐振器12的时候，MEMS谐振器12被配置为谐振或振荡。如果MEMS谐振器12在非谐振状态，如果缺乏一些激励的施加，MEMS谐振器12将不会开始振荡。如果MEMS谐振器12已处于谐振或振荡状态，除非附加激励能量被施加于MEMS谐振器12，MEMS谐振器12将不继续振荡。
[0021 ] 继续图1，MEMS谐振器电路10还包括电耦合于MEMS谐振器12的电容-电压电路
14。电容-电压电路14被配置为从MEMS谐振器12接收对应于MEMS谐振器12的运动(振荡)的输出电容信号，并且将该输出电容信号转化成对应于MEMS谐振器12的振荡的电压信号。作为输入提供给电容-电压电路14以及作为由电容-电压电路14提供的输出电压的信号频率将与MEMS谐振器12的固有或谐振频率类似。
[0022]图1还显示了包括了电耦合于电容-电压电路14的输出和MEMS谐振器12的增益电路16的MEMS谐振器电路10。增益电路16被配置为监测对应于MEMS谐振器12的振荡的电压信号的幅值，并放大该电压信号以将其维持在最小参考电平。增益电路16还被配置为将对应于MEMS谐振器12的振荡的放大的电压信号作为输入提供给MEMS谐振器12，从而在MEMS谐振器12的固有频率附近将能量提供给MEMS谐振器12，并且保持MEMS谐振器12在MEMS谐振器12的固有频率附近的所需幅值处振荡。通过使用电容-电压电路14和增益电路16提供这种正反馈系统，只要放大的电压信号由增益电路16提供给MEMS谐振器12，MEMS谐振器12将在其谐振或固有频率处无限期地继续谐振。
[0023]如果MEMS谐振器12已经不振荡，假定施加于MEMS谐振器12的电压信号在MEMS谐振器12的谐振或固有频率处或其附近包含能量，则通过增益电路16施加于MEMS谐振器12的电压信号可以最终导致MEMS谐振器12开始振荡。一旦MEMS谐振器12开始振荡，包括了电容-电压电路14和增益电路16的正反馈回路将导致MEMS谐振器12如上所述继续振荡。
[0024]图2显示了表明了与图1的典型的MEMS谐振器电路10相关联的启动时间的图表。如上所述，如果MEMS谐振器12已经不振荡，假定电压在MEMS谐振器12的固有频率处包含至少一些能量，则通过增益电路16施加于MEMS谐振器12的电压可以最终导致MEMS谐振器12开始振荡。然而，还如上所述，从增益电路16到MEMS谐振器12的电压初始施加和在MEMS谐振器12的所需振幅或幅值开始振荡之间需要时间。从增益电路16到MEMS谐振器12的电压初始施加和MEMS谐振器12达到MEMS谐振器12被认为是正常运行的最小振幅Yref所需的时间量通常如图2中的时间Ta所示。除了通过增益电路16提供的电能量，通过将其暴露于其它电激励或机械激励，包括噪声(假定噪声在MEMS谐振器12的固有频率处包括能量)，MEMS谐振器12可被使得开始振荡。
[0025]图3显示了根据实施例教导配置的MEMS谐振器系统20的方框图。MEMS谐振器系统20包括MEMS谐振器22。MEMS谐振器22包括通过悬挂元件25耦合于MEMS谐振器22的谐振元件24 (有时被称为检测质量)。在实施例中，谐振元件24是小的金属板，以及悬挂元件25是耦合于谐振元件24的弹簧。谐振元件24被配置为在MEMS谐振器22内的预定行程范围内是可运动的以响应于施加于谐振元件24的电激励或机械激励。MEMS谐振器22可以具有基于MEMS谐振器22的机电特性预定的基本或固有谐振频率。在实施例中，MEMS谐振器22的固有或谐振频率可以是谐振元件24的大小、形状和质量的函数，并且是悬挂元件25的大小、形状、位置和其它特性(例如，弹簧常量)的函数。当在MEMS谐振器22的基本或固有频率处包含能量的激励被施加于MEMS谐振器22的时候，MEMS谐振器22的谐振元件24被配置为产生谐振或振荡。如果MEMS谐振器22在非谐振状态，如果缺乏施加一些激励，MEMS谐振器22不会开始振荡。如果MEMS谐振器22已处于谐振或振荡状态，除非附加激励能量被施加于MEMS谐振器22，MEMS谐振器22将不继续振荡。
[0026]谐振元件24还被显示为电耦合于驱动器电路52 (下文讨论)。MEMS谐振器22还包括驱动器致动输入30和驱动器致动输入32，其中每一个都电耦合于驱动器电路52。如图所示，驱动器致动输入30位于谐振元件24上方，并且与谐振元件24隔开，而驱动器致动输入32位于谐振元件24下方，并且与谐振元件24隔开。图3还大体上显示了存在于驱动器致动输入30和谐振元件24之间的驱动电容器31和存在于驱动器致动输入32和谐振元件24之间的驱动电容器33。虽然通过驱动电容器31和驱动电容器33表示电容器，驱动电容器31和驱动电容器33在图3的实施例中不代表物理电容器。相反，当电子信号被施加于驱动器致动输入30和谐振元件24的时候，驱动电容器31说明了驱动器致动输入30、谐振元件24以及驱动器致动输入30和谐振元件24之间的间隔具有电容器的特性的事实。当电子信号被施加于驱动器致动输入32和谐振元件24的时候，驱动电容器33说明了驱动器致动输入32、谐振元件24以及驱动器致动输入32和谐振元件24之间的间隔具有电容器的特性的事实。
[0027]在操作中，当相对于施加于谐振元件24的电压的电压被施加于驱动器致动输入30 (无论正或负)的时候，电荷将被置于驱动器致动输入30上。驱动器致动输入30和谐振元件24之间的电荷差(其有效地用作驱动电容器31)导致谐振元件24被吸引到驱动器致动输入30，并且导致谐振元件24朝着驱动器致动输入30向上运动。一旦电压(和相应的电荷)从驱动器致动输入30移除，悬挂元件25将趋向于导致谐振元件24向后向下朝其初始位置运动。当相对于施加于谐振元件24的电压的电压被施加于驱动器致动输入32 (无论正或负)的时候，电荷将被置于驱动器致动输入32上。驱动器致动输入32和谐振元件24之间的电荷差(其有效地用作驱动电容器33 )导致谐振元件24被吸引到驱动器致动输入32，并且导致谐振元件24朝着驱动器致动输入32向下运动。一旦电压(和相应的电荷)从驱动器致动输入32移除，悬挂元件25将趋向于导致谐振元件24向后向上朝其初始位置运动。以这种方式，通过将电压施加于驱动器致动输入30和驱动器致动输入32，可使得谐振元件24向上和向下运动以响应于所施加的电压。应了解，通过改变施加于驱动器致动输入30和驱动器致动输入32的电压以及施加电压的时间，可使得谐振元件24振荡，并且，如果施加电压的时间和顺序适当，可使得谐振元件24在其固有或谐振频率振荡。
[0028]MEMS谐振器22还包括驱动器测量输出34和驱动器测量输出36，其中每一个都电耦合于电容-电压电路42。如图所示，驱动测量输出34位于谐振元件24上方，并且与谐振元件24隔开，而驱动器测量输出36位于谐振元件24下方，并且与谐振元件24隔开。图3还大体上显示了存在于驱动器测量输出34和谐振元件24之间的测量电容器35和存在于驱动器测量输出36和谐振元件24之间的测量电容器37。虽然通过测量电容器35和测量电容器37说明了电容器的表示，但是测量电容器35和测量电容器37在图3的实施例中不代表物理电容器。相反，测量电容器35说明了驱动器测量输出34、谐振元件24以及驱动器测量输出34和谐振元件24之间的间隔具有电容器的特性的事实。测量电容器37说明了驱动器测量输出36、谐振元件24以及驱动器测量输出34和谐振元件24之间的间隔具有电容器的特性的事实。
[0029]在操作中，当谐振元件24相对于驱动器测量输出34和驱动器测量输出36移动的时侯，因为驱动器测量输出34、驱动器测量输出36以及谐振元件24 (测量电容器35和测量电容器37)的类似电容器的特性，存在于驱动器测量输出34和驱动器测量输出36上的电荷有变化。电荷的这个变化(实际上是测量电容器35和测量电容器37的电容有变化)被提供给电容-电压电路42。应了解，随着谐振元件24的移动和/或谐振，提供给电容-电压电路42的电容值改变的模式将对应于谐振元件24的运动，并且电容值改变的幅值将对应于谐振元件24的运动的幅值。例如，如果谐振元件24在特定频率和幅值振荡，则电容值改变的模式将对应于振荡频率和幅值。随着时间的推移变化，通过监测电容值改变，可以确定谐振元件24在什么频率振荡以及振荡的幅值。
[0030]MEMS谐振器系统20还包括电耦合于MEMS谐振器22的电容-电压电路42、相移电路45以及自动增益控制电路47。如上所述，电容-电压电路42被配置为从MEMS谐振器22接收对应于谐振元件24在MEMS谐振器22内运动的电容值。电容-电压电路42被配置为将这些接收的电容值转换成电压值。电容-电压电路42还被配置为将也对应于谐振元件24的运动(幅值和频率)的电压值提供给电容-电压电路42外部的电路。
[0031]MEMS谐振器系统20还包括电稱合于电容_电压电路42和乘法器46的相移电路45。相移电路45被配置为采取由电容-电压电路42提供的电压信号，将90度相移引入该信号，以及将相移信号作为输入提供给乘法器46。应了解，该90度相移被提供以维持振荡谐振元件24。MEMS谐振器系统20还包括电耦合于电容-电压电路42和乘法器46的自动增益控制电路47。自动增益控制电路47还被显示为接收参考电压Vref。自动增益控制电路47被配置为接收由电容-电压电路42提供的电压信号以及将电压信号的振幅与参考电压Vref进行比较。自动增益控制电路47还被配置为至少部分基于电压信号和Vref振幅之间的差值给乘法器46提供信号，其中所述差值确定了乘法器46需要放大其输出信号多大。自动增益控制电路47调节振荡振幅，以便由电容-电压电路42提供的电压信号的振幅等于参考电压。
[0032]MEMS谐振器系统20还包括电耦合于相移电路45、自动增益控制电路47和开关50的乘法器46。乘法器46是可变增益放大器，其被配置为从相移电路45接收相移电压信号、基于从自动增益控制电路47接收的信号将所述相移电压信号放大预定量以及将所述相移放大信号提供给开关50。
[0033]应了解，相移电路45、乘法器46以及自动增益控制电路47被配置为维持谐振元件24内的振荡状态。在一些实施例中，为了维持系统中的振荡，“回路”(在这种情况下，通过电容-电压电路42从MEMS谐振器22的输出到相移电路45、乘法器46、开关50、驱动器电路52，并返回到MEMS谐振器22的输入)周围的相位必须为360度的整数倍，而且回路周围的总增益必须正好是I。MEMS谐振器22在其固有或谐振频率将有90度相移。相移电路45给这个相移增加了另一个90度，而其他组件在MEMS谐振器22的固有频率附近有可忽略不计的相移。在一些实施例中，为了满足360度相移的要求所需的附加的180度相移是通过翻转回路某处的信号极性获得的。通过调节乘法器46放大该信号多大，自动增益控制电路47主动工作以确保回路周围的总增益正好是1，以便由电容-电压电路42提供给自动增益控制电路47的电压信号的振幅等于参考电压Vref。
[0034]MEMS谐振器系统20还包括电耦合于乘法器46、启动逻辑54以及驱动器电路52的开关50。通常，在图3所示的实施例中，根据开关50是否处于第一状态或第二“启动”状态，开关50被配置为在两组输入之间切换。驱动器电路52包括放大电路，以确保提供给MEMS谐振器22的信号的驱动电压在一定限制内。由驱动器电路52提供给MEMS谐振器22的信号将根据由开关50选择的输入源而有所不同。开关50被配置为切换乘法器46和启动逻辑54之间的驱动器电路52的输入。在第一状态下，开关50将放大的相移信号从乘法器46提供给驱动器电路52。驱动器电路52随后被配置为将从乘法器46接收的信号在驱动器致动输入30和驱动器致动输入32处提供给MEMS谐振器22。在该第一状态下，从乘法器46在驱动器致动输入30和驱动器致动输入32处提供给MEMS谐振器22的信号可以导致MEMS谐振器22的谐振元件24最终开始振荡，或者如果MEMS谐振器22的谐振元件24已经在振荡状态下，从乘法器46提供的信号可以导致MEMS谐振器22的谐振元件24继续振荡。
[0035]MEMS谐振器系统20还包括电稱合于开关50和电子振荡器56的启动逻辑54。启动逻辑54还电稱合于反相器58,反相器58依次又电稱合于开关50。电子振荡器56被配置为将在预定频率和幅值振荡的预定义信号，也被称为启动脉冲提供给启动逻辑54。电子振荡器56被显示为有可被调节的调整输入以确定由电子振荡器56提供给启动逻辑54的脉冲信号的频率、周期或持续时间。在实施例中，电子振荡器56被配置为在MEMS谐振器24的固有谐振频率附近的频率振荡。在实施例中，固有谐振频率的附近包括MEMS谐振器22的固有谐振频率。在替代实施例中，固有谐振频率的附近包括在MEMS谐振器22的固有谐振频率的250Hz内的频率。在另一个替代实施例中，固有谐振频率的附近包括在MEMS谐振器22的固有谐振频率的500Hz内的频率。启动逻辑54被配置为从电子振荡器56接收振荡信号，将振荡信号提供给开关50以及将振荡信号提供给反相器58，其接着将振荡信号的互补信号提供给开关50。启动逻辑54还被配置为确定MEMS谐振器系统20何时需要启动信号。启动逻辑54可以基于通过系统状态输入53提供给启动逻辑54的信息确定需要启动信号。例如，MEMS谐振器系统20或MEMS谐振器系统20在其中运行的系统可以通过系统状态输入53给启动逻辑54提供信号，其表示MEMS谐振器22需要开始振荡以支持特定功能。当启动逻辑54确定需要启动信号开始MEMS振荡器22的振荡的时候，启动逻辑54被配置为给开关50提供信号，其导致开关50切换到第二“启动”状态。在该第二“启动”状态，通过启动逻辑54提供的振荡脉冲信号，以及通过启动逻辑54和反相器58提供的振荡脉冲信号的互补信号通过开关50被提供给驱动器电路52。
[0036]MEMS谐振器系统20还包括驱动器电路52。根据开关50的状态，驱动器电路52被配置为通过开关50从乘法器46或启动逻辑54接收输入信号。驱动器电路52被配置为处理作为输入接收的信号，将这些信号的电压调节在规定范围内以及将处理后的信号作为输出提供给驱动器致动输入30、驱动器致动输入32和谐振元件24。由驱动器电路52提供[于信号，输入信号导致谐振元件24继续振！器系统20移除电源而被断开，或直到开关52被提供给1213谐振器22。
I常描述了 1213谐振器系统20在第二“启搭22可以已经不在1213谐振器22的固有周节以提供信号脉冲(在本发明也被“启动”1的频率。在实施例中，电子振荡器56还被时间是1213谐振器22的固有频率的倒数。:冲提供给启动逻辑54。在实施例中，脉冲:替代实施例中，最大值可高于或低于5伏。勺脉冲提供给驱动器电路52。在实施例中，代实施例中，启动逻辑54可被配置为提供和64个启动脉冲之间。启动逻辑54将信“启动”状态，其中在该状态中，启动脉冲通冲的互补信号通过反相器58和开关50被女动输入30处被提供给1213谐振器22，并于谐振兀件24以响应于启动信号62和64的静电力。
[0040]参照第一脉冲(I)的出现，可以看出信号62在第一脉冲的第一半期间处于高值(例如，5伏),而在脉冲的第二半期间在O值。同时,信号64,即信号62的互补信号在脉冲的第一半期间在O值，而在脉冲的第二半期间在高值(例如，5伏)。参照图4b，可以看出在脉冲的第一半期间，由于信号62和信号64分别被施加于驱动器输入30和驱动器致动输入32，使得谐振元件24在向上方向上运动，并且，在第一脉冲周期的第二半时，由于信号62和信号64被施加于驱动器输入30和驱动器致动输入32，使得谐振元件24在向下方向上运动。更具体地说，在脉冲的第一半期间，正电压通过信号62被施加于驱动器致动输入30，0伏电压通过信号64被施加于驱动器致动输入32，以及谐振元件24朝着驱动器致动输入30被向上拉。在脉冲的第二半期间，正电压通过信号64被施加于驱动器致动输入32,0伏电压通过信号62被施加于驱动器致动输入32，以及谐振元件24朝着驱动器致动输入32被向下拉。在实施例中，谐振元件24可被恒定值O伏驱动。
[0041]由于通常在图4b说明的随后的脉冲(脉冲2至N)，谐振元件24将发生类似运动(向上和向下)。以这种方式，通过启动逻辑54施加脉冲I至N使得MEMS谐振器22的谐振元件24开始。此外，由于所施加的脉冲频率与MEMS谐振器22的固有或基本频率相同或接近，MEMS谐振器22的谐振元件24将更快地开始振荡，其速度远远超过如果MEMS谐振器22简单地受到白色噪声、随机信号或DC电压时的速度。在通常在图3、图4a和4b中说明的实施例中，启动逻辑54被配置为传送预定数量的脉冲以最小化MEMS谐振器22在其固有频率振荡所需的时间量。
[0042]应了解，虽然脉冲在图4a中被显示为方波，被施加脉冲的电抗部件(包括谐振元件24以及驱动器致动输入30和驱动器致动输入32)实际上响应所施加的脉冲，就好像脉冲是多个正弦波的组合，包括频率接近由启动逻辑54所提供的MEMS谐振器22的固有频率的正弦波。
[0043]图4c显示了通常说明了与图3的实施例相关联的频率能量密度的图表。更具体地说，通过提供有与MEMS谐振器22的固有频率(例如，假定固有频率大约是18KHZ)相同的频率的启动脉冲，图4c显示了在MEMS谐振器22的基本或固有频率处传送给MEMS谐振器22的能量可以通过增加传送的启动脉冲数量而急剧增加。例如，虽然由I个启动脉冲传送的能量确实在18kHz处提供了一些附加聚焦能量，然而更多能量还分布在其它频率。然而，当启动脉冲数量增加至8的时候，在18kHz传送的聚焦能量的数量急剧增加。通过提供这种附加的聚焦能量，可以使得MEMS谐振器22比仅使用一个脉冲更迅速地达到其预期的振荡幅值。
[0044]图5显示了通常说明了与图3的实施例相关联的频率失配与近似力能量的图表。更具体地说，图5显示了，由电子振荡器56提供的启动脉冲的频率越接近MEMS谐振器22的固有频率，则传送给MEMS谐振器22的能量就越多。当频率相同的时候，由启动脉冲传送的能量被最大化。通常，启动脉冲频率和固有频率之间的差值越大，传送给MEMS谐振器22用于启动的聚焦能量的量就越小。如图所示，利用电子振荡器56提供具有在MEMS谐振器22的固有频率的250Hz以内的频率的启动脉冲提供了显著的聚焦能量，而无需电子振荡器56的频率精确地匹配固有频率。
[0045]图6显示了通常比较与典型的MEMS谐振器电路和图3的实施例相关联的启动时！被制作的时候，操作102和104在工厂进
1固有谐振频率和/或启动脉冲数量的信息中说明的所有组件可在单一衬底上一起形例中(未显示),通常在图3中说明的所有组5施例中，1213振荡器可以是不同于图3中5器，或具有被配置为在固有或基本频率处短1218在1213振荡器的谐振频率处开始I统和方法允许采用1213振荡器的系统关1218振荡器的系统以“按需”方式迅速开不会被1213振荡器的启动过程不必要地延或小数量的总能量以启动1213振荡器的振己各种1213振荡器的谐振频率。
苗述，很明显对本领域技术人员来说各种修着神及范围的情况下被做出。
【权利要求】
1.一种MEMS谐振器系统,包括: MEMS谐振器，具有被配置为在固有谐振频率处振荡的可移动构件； 振荡器，被配置为提供一系列具有在所述MEMS谐振器的所述固有谐振频率附近的频率和具有持续时间的脉冲；以及 启动电路，电耦合于所述振荡器和所述MEMS谐振器，其中所述启动电路被配置为从所述振荡器接收所述系列脉冲，并且给所述MEMS谐振器提供所述系列脉冲。
2.根据权利要求1所述的MEMS谐振器系统，其中每一个脉冲的持续时间接近所述MEMS谐振器的所述固有频率的倒数。
3.根据权利要求1所述的MEMS谐振器系统，其中所述启动电路被配置为给所述MEMS谐振器提供预定数量的所述脉冲。
4.根据权利要求3所述的MEMS谐振器系统，其中所述脉冲的预定数量在I和64之间。
5.根据权利要求1所述的MEMS谐振器系统，其中所述系列脉冲的所述频率在所述MEMS谐振器的固有频率的250Hz以内。
6.根据权利要求1所述的MEMS谐振器系统，还包括电耦合于所述MEMS谐振器的输入和所述MEMS谐振器的输出的反馈电路，其中所述反馈电路被配置为改变在所述MEMS谐振器的所述输出处提供的信号的相位和振幅中的至少一个，并且将所改变的信号提供给所述MEMS谐振器的所述输入。
7.根据权利要求6所述的MEMS谐振器系统，其中所述启动电路和所述反馈电路通过开关电耦合于所述MEMS谐振器，并且其中所述开关被配置为在给所述MEMS谐振器提供所述系列脉冲和所改变的信号之间进行选择。
8.根据权利要求7所述的MEMS谐振器系统，其中所述启动电路还被配置为确定所述MEMS谐振器是否在振荡，并且基于确定所述MEMS谐振器没有振荡，使得所述开关给所述MEMS谐振器提供所述系列脉冲。
9.根据权利要求8所述的MEMS谐振器系统，其中所述启动电路还被配置为基于确定所述MEMS谐振器没有振荡，使得所述振荡器给所述启动电路提供所述系列脉冲。
10.根据权利要求1所述的MEMS谐振器系统，其中所述启动电路被配置为响应于提供给所述启动电路的输入信号给所述MEMS谐振器提供所述系列脉冲。
11.根据权利要求1所述的MEMS谐振器系统，其中所提供的系列脉冲使得所述MEMS谐振器在所述MEMS谐振器的所述固有频率附近振荡。
12.根据权利要求7所述的MEMS谐振器系统，还包括电耦合于所述启动电路和所述开关的反相器电路，其中所述反相器电路被配置为接收所述系列脉冲作为输入并且提供所述系列脉冲的互补信号作为输出，并且其中所述开关还被配置为从给所述MEMS谐振器提供所述系列脉冲和互补脉冲以及所改变的信号之间进行选择。
13.根据权利要求1所述的MEMS谐振器系统，还包括电耦合于所述启动电路和所述MEMS谐振器的反相器电路，其中所述反相器电路被配置为接收所述系列脉冲作为输入并且提供所述系列脉冲的互补信号作为输出给所述MEMS谐振器。
14.一种MEMS谐振器系统,包括: MEMS谐振器，具有被配置为在固有谐振频率处振荡的可移动构件和具有MEMS输出和第一和第二 MEMS输入；反馈电路，电耦合于所述MEMS输出并且被配置为改变在所述MEMS输出处提供的信号的相位并且放大其振幅以提供改变的信号； 振荡器，被配置为提供一系列具有在所述MEMS谐振器的所述固有谐振频率附近的频率和具有持续时间的脉冲； 启动电路，电耦合于所述振荡器，其中所述启动电路被配置为从所述振荡器接收所述系列脉冲，并且提供所述系列脉冲作为输出； 反相器，电耦合于所述启动电路并且被配置为接收所述系列脉冲作为输入并且提供所述系列脉冲的互补信号作为互补系列脉冲； 开关，电耦合于所述反馈电路、启动电路以及反相器，其中所述开关被配置为在提供所述系列脉冲和互补系列脉冲或所改变的信号作为切换的输出之间进行切换； 驱动器电路，电耦合于所述开关和所述MEMS谐振器的所述第一和第二MEMS输入，其中当所述开关将所述系列脉冲和互补系列脉冲提供给所述驱动器电路的时候，所述驱动器电路被配置为将所述系列脉冲提供给所述第一 MEMS输入和将所述互补系列脉冲提供给所述第二 MHMS输入。
15.根据权利要求14所述的MEMS谐振器系统，其中所述系列脉冲具有在所述MEMS谐振器的固有频率的250Hz以内的基本频率。
16.根据权利要求14所述的MEMS谐振器系统，其中所述启动电路被配置为将所述系列脉冲的预定数量脉冲提供给所述MEMS谐振器。
17.一种加速包括MEMS谐振器和启动电路的系统内的MEMS谐振器的启动时间的方法，包括: 生成具有在所述MEMS谐振器的所述谐振频率附近的基本频率的脉冲流； 将所述脉冲流电耦合于所述MEMS谐振器以将所述脉冲流提供给所述MEMS谐振器；以及 将所述脉冲流从所述MEMS谐振器断开。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括确定在所述脉冲流内提供的所述脉冲的数量，其中所述断开操作发生在已经提供了预定数量的脉冲之后。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述断开操作通过开关被执行。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括检测所述MEMS谐振器是否振荡，并且当没有检测到振荡的时候，电耦合所述脉冲流。
【文档编号】H03B5/04GK104052401SQ201410095374
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】M·E·施拉曼, 方德有, K·L·卡拉维尔 申请人:飞思卡尔半导体公司