專利名稱：驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的設(shè)備和方法，所述微機(jī)械裝置包 括兩個相對的電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層。
背景技術(shù)：
近來，具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的微機(jī)械裝置在無線電通信電路中的應(yīng)用受到重視(參見日本專利申請No. 2002-84148和No. 2002-36197)，其中的精細(xì)結(jié)構(gòu)通 過微機(jī)械處理技術(shù)[也稱為MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))或MST(微系統(tǒng)技術(shù))]獲得。微機(jī)械裝置包括夾在兩個電極中間的電介質(zhì)層，通過控制驅(qū)動電壓，微 機(jī)械裝置充當(dāng)可變電容器，根據(jù)驅(qū)動電壓可獲得希望的電容值。注意，微機(jī) 械裝置有時候稱為"微機(jī)械加工裝置"、"微機(jī)械元件"或者"MEMS電子 機(jī)械部件"。另一方面，隨著移動通信系統(tǒng)的最新發(fā)展，便攜式電話(移動電話終端) 和移動信息終端正在迅速普及。例如在便攜式電話中，使用800 MHZ到1.0 GHz和1.5 GHz到2.0 GHz頻帶的準(zhǔn)微波頻帶的高頻。為了應(yīng)對便攜式電話 中使用的多頻帶，必須設(shè)置放大器電路等部件專門用于各頻帶的高頻。這是 因為難以在寬頻帶的范圍內(nèi)構(gòu)造低損耗的傳輸線路和匹配電路。為了克服這 個問題，人們提出用可變電容器來擴(kuò)充匹配電路的帶寬。特別地，通過上述 微機(jī)械處理技術(shù)制造的可變電容器(下面稱作"可變電容裝置")具有大Q值， 并表現(xiàn)出損耗低、信號畸變小的良好特性(參見RF MEMS THEORY, DESIGN AND TECHNOLOGY, WILEY INTERSCIENCE， GABRIEL M. REBEIZ， P383)。但是出現(xiàn)了這樣一個問題由于向可變電容裝置施加DC電壓導(dǎo)致電介質(zhì)被充電，所以即使消除DC電壓也不能恢復(fù)初始電容。因此，電容CP相 對于控制電壓的變化滯后，因此再現(xiàn)性差，不能準(zhǔn)確地獲得希望的電容CP。特別地，圖2示出與通過逐漸改變控制電壓VC而引起的電容CP的變 化對應(yīng)的曲線Ll和L2?？刂齐妷篤C從0V逐漸增加到12V,再減少到0V， 然后減少到-12V，再增加到OV。在這個變化過程中，電容CP的變化如曲線 L1和L2旁邊的箭頭所示，并引起滯后。因此，即使控制電壓VC的值相同， 電容CP的值在增加控制電壓VC的過程中和在減少控制電壓VC的過程中 也不相同。為了避免這種充電現(xiàn)象，本申請?zhí)岢鼋粨Q驅(qū)動，用于在給定的短時間周 期內(nèi)將控制電壓VC的正/負(fù)極性反轉(zhuǎn)(交換)。特別地，當(dāng)采用交換驅(qū)動時， 正電壓和負(fù)電壓交替提供給可變電容裝置的兩個電極，從而不會造成由于電 介質(zhì)層中的空間電荷的轉(zhuǎn)移引起的極化現(xiàn)象，因此，抑制了充電現(xiàn)象的發(fā)生。但是采用交換驅(qū)動時會出現(xiàn)以下問題在一些可變電容裝置中，電壓-電容量特性在正側(cè)與負(fù)側(cè)之間變化。因此，在交換驅(qū)動中電容CP的值在正 側(cè)與負(fù)側(cè)之間可能不同，因此，有時不能獲得恒定的電容。此外，由于傳輸 信號通常提供給可變電容裝置(即使在交換驅(qū)動過程中)，所以可理解傳輸信 號也可以引起充電。在因為初始變化或者在使用過程中引起的充電而造成在正側(cè)與負(fù)側(cè)之 間特性不同的可變電容裝置中，電容CP的值在交換驅(qū)動中變化。因此，當(dāng) 例如在匹配電路中使用這種可變電容裝置時，不能保持必須的特性。發(fā)明內(nèi)容考慮到上述問題而構(gòu)思本發(fā)明，因此本發(fā)明的目的是在交換驅(qū)動中抑制 可變電容裝置的電容在正側(cè)與負(fù)側(cè)之間的變化。根據(jù)本發(fā)明的一個方案，在驅(qū)動控制微機(jī)械裝置(包括兩個相對的電極和 夾在電極之間的電介質(zhì)層)的方法中，在兩個所述電極之間提供控制電壓，所 述控制電壓為正極性和負(fù)極性交替反轉(zhuǎn)的矩形波形；關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)檢測由 于提供所述控制電壓而通過所述微機(jī)械裝置的電流；基于檢測到的電流，關(guān) 于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取與所述微機(jī)械裝置的電容有關(guān)的參數(shù)；以及將所述控 制電壓控制為使得關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取的所述參數(shù)互相一致。由于在兩個電極之間提供的控制電壓為正/負(fù)極性交替反轉(zhuǎn)的矩形波形， 所以抑制了充電的發(fā)生。由于將控制電壓控制為使得關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)所獲取的與電容有關(guān)的參數(shù)互相一致，所以能夠抑制電容在正側(cè)與負(fù)側(cè)之間的變 化。在本發(fā)明的另一方案中，將控制電壓的大小控制為使得在矩形波形的上升沿(rise)的電流峰值減少到給定比率所經(jīng)過的時間與給定的設(shè)定值一致。 在這種情況下，當(dāng)給定比率為36.8%時，用控制電壓為形成在兩個電極 之間的電容充電時獲得的時間常數(shù)可用作給定的設(shè)定值。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性微機(jī)械系統(tǒng)的示意圖；圖2為示出控制電壓與可變電容裝置的電容之間的關(guān)系的示意圖；圖3(A)和圖3(B)為示出在交換驅(qū)動中使用的控制電壓的示例性電壓波 形的示意圖；圖4為示例性驅(qū)動電路的示意圖；圖5為示出可變控制電壓與可變電容裝置的電流之間波形的關(guān)系的示意圖；圖6為說明電流與時間常數(shù)之間的關(guān)系的示意圖；圖7為示出電流的波形隨電容的值的變化的示意圖；圖8為說明電流與平均值之間的關(guān)系的示意圖；圖9為示例性換算表的示意圖；圖10為實例1所述的微機(jī)械系統(tǒng)的電路圖；圖11為實例2所述的微機(jī)械系統(tǒng)的電路圖；圖12為示出微機(jī)械系統(tǒng)的電壓/T值轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖13為示出反饋電路的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖14為電壓/T值轉(zhuǎn)換電路的具體實例的電路圖；圖15為反饋電路的具體實例的電路圖；圖16為實例3所述的微機(jī)械系統(tǒng)的電路圖；圖17為微機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行的示例性處理的流程圖；圖18為另一示例性處理的流程圖；圖19為又一示例性處理的流程圖；以及圖20為再一示例性處理的流程圖。
具體實施方式
圖1中，微機(jī)械系統(tǒng)3包括可變電容裝置ll(對應(yīng)于微機(jī)械裝置)和驅(qū)動 電路12?？勺冸娙菅b置(可變電容器)ll包括下電極24和電介質(zhì)膜26，電介質(zhì)膜 26覆蓋形成在由硅、玻璃等材料制成的襯底21上的下電極24。此外，在襯 底21的上面和上方分別形成支撐膜22、 23和上電極25，上電極25由支撐 膜22、 23支撐。在電介質(zhì)膜26與上電極25之間形成有間隙KG。在下電極 24與上電極25之間形成電容CP，通過上電極25的移動(displacement)可 以改變電容CP的大小。特別地，通過驅(qū)動電路12在下電極24與上電極25之間施加控制電壓 VC。根據(jù)控制電壓VC的絕對值，靜電力傲電吸引)在下電極24與上電極 25之間起作用，結(jié)果，上電極25被吸引向下移動。因此，間隙KG變窄， 使得電容CP的值增加。雖然交換定時取決于可變電容裝置11的結(jié)構(gòu)、尺寸和材料，但是優(yōu)選 在短于5Hz的周期內(nèi)，即不長于200ms的時間周期內(nèi)交換控制電壓VC的正 /負(fù)極性。更優(yōu)選在不超過10Hz的周期(即不長于100ms的時間周期內(nèi))交換 極性。或者，極性交換周期可以是例如約50到200Hz。在任何一種情況下，控制電壓VC都具有矩形波形，其中正/負(fù)極性基本 上周期性地反轉(zhuǎn)，如圖3(A)所示。對應(yīng)于控制電壓VC的幅度的電壓值Vc 可設(shè)定為從0到最大值的范圍內(nèi)的任意值?？刹捎貌ㄐ稳鐖D3(B)所示的控制 電壓VC2，其中電壓在周期T2和T4中為0。由于控制電壓VC的正/負(fù)極性基本上周期性地反轉(zhuǎn)，所以不會造成由于 電介質(zhì)膜26中空間電荷的運動引起的極化，如果有的話也只是輕微地產(chǎn)生。 因此，在通過控制電壓VC對電容CP的控制中，不會造成滯后現(xiàn)象，或者 大大減少了滯后現(xiàn)象。換言之，當(dāng)控制電壓VC的幅度的極性在短期內(nèi)反轉(zhuǎn)時，造成的電容CP 的滯后現(xiàn)象程度最低，如圖2中曲線L0所示。下面描述本實施例的驅(qū)動方法的工作原理。如圖4所示，驅(qū)動電路12通過電阻Rd將控制電壓VC施加給可變電容裝置11 ?？刂齐妷篤C具有如圖5和圖3(A)所示的矩形波形。在這種情況下， 電流i具有如圖5所示的充電電流波形，該充電電流波形在控制電壓VC的 每個上升沿具有峰值Is。在控制電壓VC的每個上升沿之后經(jīng)過時間t，電流 i的值用以下公式表示 i = Is.e(-t/T)其中T為時間常數(shù)，由電阻Rd與可變電容裝置ll的電容CP的乘積得到。假定在正側(cè)和負(fù)側(cè)控制電壓VC的幅度都為Vc，并且不管電壓的極性如 何，可變電容裝置11的特性恒定。在這種情況下，電流i的峰值在正側(cè)和負(fù) 側(cè)都是Is。但是這里，通常將控制電壓VC控制為在正側(cè)和負(fù)側(cè)具有不同的 幅度，因此，假定電流i的峰值在正側(cè)為Isp，在負(fù)側(cè)為Isn。此外，通過基于控制電壓VC的幅度和電阻Rd的值進(jìn)行的計算可得到 峰值Is的理論值。因此，當(dāng)這里提及"檢測到峰值Is"時，峰值Is可以是 通過計算得到的。假定電阻Rd的值恒定，時間常數(shù)T取決于電容CP的大小，并且對應(yīng)于 電流i的變化的曲線的軌跡也取決于電容CP的大小。如圖6所示，當(dāng)電流i正側(cè)的峰值出現(xiàn)后經(jīng)過時間Tsp(等于正側(cè)的時間 常數(shù)Tp)，在這一點獲得的電流i的大小減少到峰值Isp的36.8%。對于負(fù)側(cè)， 在電流的峰值后經(jīng)過時間Tsn (等于負(fù)側(cè)的時間常數(shù)m)，在這一點獲得的電 流i的大小減少到峰值Isn的36.8%。如圖7所示，根據(jù)電容CP的值，對應(yīng)于因電荷引起的電流i的變化的 曲線的軌跡改變，并且根據(jù)軌跡的這種改變，電流i減少到36.8%所必須的 時間變?yōu)門sl、 Ts2或Ts3。因此，通過測量電流i減少到36.8y。所必須的時間可檢測時間常數(shù)T，基 于時間常數(shù)T可計算電容CP的值。因此，當(dāng)檢測出正側(cè)和負(fù)側(cè)的時間常數(shù)Tp 和Tn，并將控制電壓VC的正側(cè)電壓Vcp和/或負(fù)側(cè)電壓Vcn控制為使得時 間常數(shù)Tp和TO能夠與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值一致時，可變電容裝置11的電容CP可 與目標(biāo)值一致或基本上一致，并且恒定，不會在正側(cè)與負(fù)側(cè)之間變化。此外，當(dāng)將控制電壓VC控制為使得檢測到的時間常數(shù)，與in相等時， 可變電容裝置11的電容CP可恒定，不會在正側(cè)與負(fù)側(cè)之間變化。或者，為了檢測時間常數(shù)T，除了測量電流i減少到36，8。/。所必須的時間之外，也可以測量電流i減少到不是36.8%的其它任意比率所必須的時間Ts， 以通過基于所測量的時間Ts的計算獲得時間常數(shù)i。此外，在將控制電壓VC控制為使得正側(cè)和負(fù)側(cè)的時間常數(shù)t相等的情 況下，不需要得出時間常數(shù)T本身。因此，關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)測量電流i減少 到任意比率所必須的時間Ts，并對控制電壓VC進(jìn)行控制，以使這些時間彼 此相等。特別地，例如在正側(cè)的時間Tsp短于負(fù)側(cè)的時間Tsn的情況下，正側(cè)的 電壓Vcl增加一個小電壓AV。由于電壓Vcl因此而增加，所以可變電容裝 置11的上電極25被吸向下電極，從而使間隙KG變窄，因此，電容CP的 值增加。通過這種方式，可自動地控制該控制電壓VC，使正側(cè)的時間Tsp 增加到等于負(fù)側(cè)的時間Tsn。或者，在正側(cè)的時間Tsp長于負(fù)側(cè)的時間Tsn的情況下，正側(cè)的電壓 Vcl減少一個小電壓AV。由于電壓Vcl因此而減少，所以間隙KG變寬， 從而減少電容CP的值。通過這種方式，可自動地控制該控制電壓VC，使正 側(cè)的時間Tsp減少到等于負(fù)側(cè)的時間Tsn?；蛘?，除了將正側(cè)的電壓Vcl增加/減少一個小電壓AV之外，也可以將 負(fù)側(cè)的電壓Vc2增加/減少一個小電壓AV?？刹扇「鞣N已知方法中的任何一 種進(jìn)行自動控制?；蛘撸瑸榱双@得時間常數(shù)T，除了測量時間Ts之外，可檢測電流i的峰 值Is以及各個周期Tl或T2的平均值Im，如圖8所示，以通過計算得出時 間常數(shù)T。在這種情況下，可獲得周期T1或T2的長度(時間)數(shù)據(jù)?；蛘撸赏ㄟ^檢測電流i的峰值和各個周期的平均值Im并參照先前建立 的換算表來獲得時間常數(shù)t。這種關(guān)于電流i的不同峰值Isl、 Is2、 Is3等的 換算表被建立作為示出電流i的平均值Im與時間常數(shù)t之間的關(guān)系的表格， 例如圖9所示，并且該表格可存儲在適當(dāng)?shù)拇鎯ζ鲄^(qū)域。換算表可以是對應(yīng)于電流i的峰值Is、平均值Im和時間常數(shù)t之間的相 互關(guān)系的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫?；蛘撸瑩Q算表可以是用于基于峰值Is和平均值Im 獲得時間常數(shù)T的計算機(jī)程序。或者，可以將這些方法適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合。如圖9所示，在平均值Im與時間常數(shù)T之間存在線性關(guān)系，并且這個 關(guān)系可以在XY坐標(biāo)中表示為直線。因此，例如關(guān)于電流i的不同峰值Isl、Is2、 Is3等等，先前獲得平均值Im與時間常數(shù)t之間的比例(即各條直線的 斜率al、 a2、 a3等)，將對應(yīng)于檢測到的峰值Is的斜率a乘以檢測到的平均 值Im，以獲得時間常數(shù)t。此外，在檢測到平均值Im的情況下，如果將控制電壓控制為使得正側(cè)和負(fù)側(cè)的時間常數(shù)t相等，就不需要獲得時間常數(shù)t本身。因此，不需要使用換算表等等，檢測出正側(cè)和負(fù)側(cè)的峰值Is、平均值Im，可將控制電壓控制 為能夠獲得它們之間的給定關(guān)系。注意，用峰值保持電路等可檢測電流i的峰值。在將電流i的變化與峰 值進(jìn)行比較時，用適當(dāng)?shù)挠嫊r器測量從出現(xiàn)峰值到減少至36.8%的時間，可 獲得電流i減少到峰值的36.8c/。所必須的時間。為了檢測平均值Im，例如用 積分電路(integration circuit)儲存一個周期的電流i，基于這樣儲存的電壓 的大小可獲得平均值?？赏ㄟ^模擬電路、采用CPU等的數(shù)字電路、或者這 兩者的結(jié)合來實現(xiàn)這樣的電路。下面描述微機(jī)械系統(tǒng)3的一些實例。圖10為實例1所述的微機(jī)械系統(tǒng)3B的電路圖。在圖10的配置中，將可變電容裝置11連接在高頻線LN1與接地線LG 之間，在可變電容裝置11與高頻線LN1之間設(shè)置有電容器C1。電容器C1 與電感器L1 一起構(gòu)成偏置T形(tee) BT，以防止用于驅(qū)動可變電容裝置11 的控制電壓VC被提供到高頻線LN1，并防止高頻線LN1上的載波頻帶信號 進(jìn)入電流檢測器電路33。電流檢測器電路33檢測通過可變電容裝置11的電流i，并獲取或產(chǎn)生 關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)與電流i有關(guān)的參數(shù)PM。參數(shù)PM的實例為上述的時間Ts 以及平均值Im?？刂齐妷菏艿椒答伩刂疲沟脜?shù)PM的值與先前設(shè)定的基 準(zhǔn)值一致。特別地，比較器31將設(shè)定的基準(zhǔn)值ST與電流檢測器電路33檢測的參 數(shù)PM進(jìn)行比較，并將基準(zhǔn)值與參數(shù)之間的差5提供給放大器32。放大器32 以先前給定的特定比例系數(shù)將差S放大，并將結(jié)果提供給電流檢測器電路33。 電流檢測器電路33基于放大器32的輸出，分別在正側(cè)和負(fù)側(cè)產(chǎn)生具有給定 電壓值Vcl和Vc2的控制電壓VC，并將其輸出。將時間常數(shù)t、時間Ts、 平均值Im、電容CP的值等設(shè)定作為基準(zhǔn)值ST。圖11為實例2所述的微機(jī)械系統(tǒng)3C的電路圖，圖12為示出微機(jī)械系 統(tǒng)3C的電壓/i值轉(zhuǎn)換電路41或42的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖13為示出微機(jī)械系 統(tǒng)3C的反饋電路43的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖14為電壓/t值轉(zhuǎn)換電路41或42 的示例性電路圖，圖15為反饋電路43的示例性電路圖。在圖11的微機(jī)械系統(tǒng)中，以與實例l相同的方式，用偏置T形BT將控 制電壓VC提供給可變電容裝置11?？刂齐妷篤C在可變電容裝置11中產(chǎn) 生的電流i通過電阻Rd轉(zhuǎn)換為電壓Vi，以能夠被檢測。通過微分放大器40 將電壓Vi微分放大，被放大的電壓的正側(cè)部分和負(fù)側(cè)部分通過二極管Dp、 Dn分別輸入電壓/t值轉(zhuǎn)換電路41、 42。電壓/t值轉(zhuǎn)換電路41和42相同， 因此這里只描述其中一個。在圖12所示的電壓/i值轉(zhuǎn)換電路41中，基于從微分放大器40輸入的 信號，由峰值檢測器部分411檢測峰值Is，由平均值檢測器部分413檢測平 均值Im。通過轉(zhuǎn)換電路412，峰值Is轉(zhuǎn)換為平均值校準(zhǔn)電壓Vh。由增益控 制放大器414將平均值Im放大。這里，平均值校準(zhǔn)電壓Vh被輸入增益控制 放大器414作為控制電壓，使得能夠以與控制電壓一致的增益將平均值放大。 這樣，增益控制放大器414輸出與時間常數(shù)一致的t值。在圖13所示的反饋電路43中，通過微分放大器431，將從正側(cè)的電壓/t 值轉(zhuǎn)換電路41輸出的t值和從負(fù)側(cè)的電壓/t值轉(zhuǎn)換電路42輸出的t值分別 與正側(cè)的用于t值的基準(zhǔn)值ST以及負(fù)側(cè)的用于t值的基準(zhǔn)值ST進(jìn)行比較， 以輸出得到的差。 一般來說，用于正側(cè)的基準(zhǔn)值ST和用于負(fù)側(cè)的基準(zhǔn)值ST 被設(shè)定為相同，但是也可以設(shè)定為不同。通過PID控制電路432對這樣輸出 的差進(jìn)行各種運算，用于PID控制。例如，得到正側(cè)和負(fù)側(cè)的差的和。注意， PID控制電路432設(shè)置有積分電路，用于設(shè)定反饋的積分時間。反饋電路43 的輸出和控制電壓VC —起被提供給可變電容裝置11。在圖14的電壓/t值轉(zhuǎn)換電路中，峰值Is被保持，并由峰值檢測器部分 411檢測。平均值檢測器部分413將提供的信號平滑，用于檢測平均值Im。 轉(zhuǎn)換電路412產(chǎn)生與圖9的"斜率a"對應(yīng)的電壓。在增益控制放大器414 中，基于轉(zhuǎn)換電路412的輸出將增益設(shè)定為"a倍"，由增益控制放大器414 將平均值檢測器部分413輸出的平均值Im放大。這樣，增益控制放大器414輸出與時間常數(shù)一致的t值。在圖15的反饋電路中，通過微分放大器431得到正側(cè)的t值與基準(zhǔn)值 ST之間的差以及負(fù)側(cè)的t值與基準(zhǔn)值ST之間的差。通過積分電路對與微分 放大器431的這些差相應(yīng)的輸出進(jìn)行積分，并且積分電路的輸出被加入PID 控制電路432。圖16為實例3所述的微機(jī)械系統(tǒng)3D的電路圖，圖17為通過微機(jī)械系 統(tǒng)3D進(jìn)行的處理的流程圖。在圖16的微機(jī)械系統(tǒng)中，以與實例2相同的方式，用偏置T形BT將控 制電壓VC提供給可變電容裝置11?？刂齐妷篤C在可變電容裝置11中產(chǎn) 生的電流i通過電阻Rd轉(zhuǎn)換為電壓Vi，由此，檢測出電流i。通過微分放大 器51將電壓Vi微分放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器52將被放大的電壓的正側(cè)部分 和負(fù)側(cè)部分分別數(shù)字化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括電流i的正側(cè)部分和負(fù)側(cè) 部分的時間序列的波形數(shù)據(jù)。將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入CPU 54進(jìn)行各種運算。通過CPU 54中進(jìn)行的運算，如 果必要，就能檢測出峰值Is、時間Ts、平均值Im等。上述換算表可包含在 CPU 54或者其外圍電路中，因此，基于電流i的峰值和平均值Im可得到時 間常數(shù)T。此外，雖然在附圖中未示出，但是在CPU54中可設(shè)定時間常數(shù)i、 時間Ts、平均值Im、電容CP的值等的基準(zhǔn)值ST。為了設(shè)定基準(zhǔn)值ST，設(shè) 置鍵盤、接觸面板以及其它各種輸入裝置(未示出)。將這樣設(shè)定的基準(zhǔn)值ST 存儲在適當(dāng)?shù)拇鎯ζ鲄^(qū)域。通過D/A轉(zhuǎn)換器53將CPU 54的輸出轉(zhuǎn)換為電 壓，以作為控制電壓提供給可變電容裝置ll。在圖17的流程圖中，在步驟#11，當(dāng)進(jìn)行交換驅(qū)動時，讀取電流i的數(shù) 據(jù)作為時間序列的電流波形。然后在步驟#12，微機(jī)械系統(tǒng)等候。根據(jù)等候 時間的長度，確定反饋控制的積分時間。接著在步驟#13，計算電流i的峰值Is。在步驟#14，計算電流i減少到 峰值Is的36.8%所必須的時間Ts。在步驟#15，基于時間Ts和電阻Rd的值， 根據(jù)CP = Ts/Rd計算電容CP的值。在電容CP的計算值大于設(shè)定為基準(zhǔn)值ST的電容目標(biāo)值的情況下(即在 步驟#16中為"是")，在步驟#17，從控制電壓VC的電壓值Vc中減去一個 小電壓AV。小電壓AV例如與A/D轉(zhuǎn)換器52以及D/A轉(zhuǎn)換器53的位數(shù)確 定的分辨率的最小單位一致。另一方面，在電容CP的計算值小于基準(zhǔn)值ST的情況下(即在步驟#18中為"是")，在步驟#19，在控制電壓VC的電壓值 Vc中加上一個小電壓AV。在電流i的正側(cè)部分和負(fù)側(cè)部分重復(fù)進(jìn)行上述處理，從而將控制電壓VC 自動控制為使得電容CP的計算值與設(shè)定為基準(zhǔn)值ST的電容目標(biāo)值一致。下面描述另一示例性流程圖。圖18為微機(jī)械系統(tǒng)3D進(jìn)行的另一示例性處理的流程圖。 在圖18的流程圖中，在步驟#21，當(dāng)進(jìn)行交換驅(qū)動時，讀取電流i的數(shù) 據(jù)。在步驟#22計算電流i的峰值Is。在步驟#23計算斜率a。在步驟#24計 算電流i的平均值Im。在步驟#25基于換算表得到時間常數(shù)t。在得到的時 間常數(shù)t大于設(shè)定為基準(zhǔn)值ST的時間常數(shù)的情況下(即在步驟^6中為"是'0， 在步驟#27從控制電壓VC的電壓值Vc中減去一個小電壓AV。在得到的時 間常數(shù)t小于基準(zhǔn)值ST的情況下(即在步驟#28中為"是")，在步驟#29， 在控制電壓VC的電壓值Vc中加上一個小電壓AV。之后，在步驟#30，微 機(jī)械系統(tǒng)等候一個給定的時間周期。這個等候時間對應(yīng)于控制響應(yīng)時間。以與圖17中的流程圖相同的方式，在電流i的正側(cè)和負(fù)側(cè)重復(fù)進(jìn)行上述 處理，從而將控制電壓VC自動控制為使得時間常數(shù)t的計算值與設(shè)定為基 準(zhǔn)值ST的時間常數(shù)目標(biāo)值一致。圖19為微機(jī)械系統(tǒng)3D進(jìn)行的另一示例性處理的流程圖。 在圖19的流程圖中，在步驟#31，在提供控制電壓的情況下進(jìn)行交換驅(qū) 動時，在步驟#32,關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)檢測通過可變電容裝置11的電流i。在 步驟#33，基于檢測到的電流i，關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)，獲取與可變電容裝置11 的電容CP有關(guān)的參數(shù)PM。可用前述的時間Ts、平均值Im等作為此參數(shù) PM。將控制電壓VC控制為使得關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取的參數(shù)PM互相一致。圖20為微機(jī)械系統(tǒng)3D進(jìn)行的另一示例性處理的流程圖。在圖20的流程圖中，步驟#41到#43的過程與前述的步驟#31到#33的過程相同。在步驟#44，將控制電壓VC控制為使得關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取的參數(shù)PM分別與關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)設(shè)定的基準(zhǔn)值ST —致。根據(jù)此實施例，由于采用了交換驅(qū)動，將正電壓和負(fù)電壓交替提供給可變電容裝置11的兩個電極24、 25，從而不會造成由于電介質(zhì)膜26中的空間電荷的運動引起的極化現(xiàn)象，因此，抑制了充電現(xiàn)象的發(fā)生。此外，能夠抑 制可變電容裝置ll的電容CP在正側(cè)與負(fù)側(cè)之間的變化。結(jié)果，可根據(jù)控制電壓VC準(zhǔn)確地控制可變電容裝置11的電容CP值。通過這種方式，提高了可變電容裝置ll的電容CP的再現(xiàn)性，從而能保持電路必要的特性，因此，可變電容裝置ll可應(yīng)用于各種電路。 在上述實施例中，可變電容裝置11的結(jié)構(gòu)、形狀、材料以及數(shù)量可作各種修改。此外，包括在各個微機(jī)械系統(tǒng)3、 3B、 3C、 3D中的各個電路的 所有部分或每一部分的結(jié)構(gòu)、配置、形狀、數(shù)量以及電路常數(shù)、控制電壓的 波形、交換極性的定時、周期或頻率、流程圖的內(nèi)容、處理的順序可在本發(fā) 明的范圍內(nèi)作適當(dāng)?shù)男薷摹ｋm然這里將可變電容裝置示例性地描述為微機(jī)械系統(tǒng)，但是本發(fā)明可應(yīng) 用于其它可由于控制電壓VC引起充電的微機(jī)械裝置。例如，當(dāng)以與本實施 例所述的相同的方式驅(qū)動控制不是用作可變電容裝置的微機(jī)械裝置時，可期 望由于恒定地保持電容帶來各種效應(yīng)。盡管描述了優(yōu)選實施例，在所附權(quán)利要求書所述的本發(fā)明性概念的范圍 內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到該實施例的各種變型。
權(quán)利要求
1、一種驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的方法，所述微機(jī)械裝置包括兩個相對的電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，所述方法包括步驟在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電壓為正極性和負(fù)極性交替反轉(zhuǎn)的矩形波形；關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)檢測由于提供所述控制電壓而通過所述微機(jī)械裝置的電流；基于檢測到的電流，關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取與所述微機(jī)械裝置的電容有關(guān)的參數(shù)；以及將所述控制電壓控制為使得關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取的所述參數(shù)互相一致。
2、 一種驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的方法，所述微機(jī)械裝置包括兩個相對的 電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，所述方法包括步驟在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電壓為正極性和負(fù)極性交 替反轉(zhuǎn)的矩形波形；關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)檢測由于提供所述控制電壓而通過所述微機(jī)械裝置的 電流；基于檢測到的電流，關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取與所述微機(jī)械裝置的電容 有關(guān)的參數(shù)；以及將所述控制電壓控制為使得關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取的所述參數(shù)與關(guān) 于所述參數(shù)設(shè)定的基準(zhǔn)值一致。
3、 一種驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的方法，所述微機(jī)械裝置包括兩個相對的 電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，所述方法包括步驟在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電壓為正極性和負(fù)極性交 替反轉(zhuǎn)的矩形波形；以及將所述控制電壓的大小控制為使得在所述矩形波形的正部分和所述矩 形波形的負(fù)部分，所述矩形波形的上升沿的電流峰值減少到給定比率所經(jīng)過 的時間相等。
4、 一種驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的方法，所述微機(jī)械裝置包括兩個相對的 電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，所述方法包括步驟在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電壓為正極性和負(fù)極性交 替反轉(zhuǎn)的矩形波形；以及將所述控制電壓的大小控制為使得所述矩形波形的上升沿的電流峰值 減少到給定比率所經(jīng)過的時間與給定的設(shè)定值一致。
5、 如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的方法， 其中，所述給定比率為36.8%，以及所述給定的設(shè)定值等于用所述控制電壓給在兩個所述電極之間形成的 電容充電時得到的時間常數(shù)t。
6、 一種驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的方法，所述微機(jī)械裝置包括兩個相對的 電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，所述方法包括步驟在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電壓為正極性和負(fù)極性交 替反轉(zhuǎn)的矩形波形；檢測在所述矩形波形的上升沿得到的電流峰值； 檢測在所述矩形波形中的電流的平均值；基于檢測到的所述峰值和檢測到的所述平均值得到時間常數(shù)t; 降低在所得到的時間常數(shù)t大于設(shè)定值時的一個極性的所述控制電壓的 絕對值；以及增加在所得到的時間常數(shù)t小于所述設(shè)定值時所述極性的所述控制電壓 的絕對值。
7、 如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的方法，其中，通過將由先前獲得的所述電流的峰值、所述電流的平均值、用所 述矩形波形對電容充電時的時間常數(shù)t之間的關(guān)系產(chǎn)生的時間常數(shù)數(shù)據(jù)存儲下來并利用所存儲的時間常數(shù)數(shù)據(jù)，獲得所述時間常數(shù)t。
8、 一種用于驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的設(shè)備，所述微機(jī)械裝置包括兩個相 對的電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，所述設(shè)備包括控制電壓提供部，用于在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電 壓為正極性和負(fù)極性交替反轉(zhuǎn)的矩形波形；電流檢測部，用于關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)檢測由于提供所述控制電壓而通過所 述微機(jī)械裝置的電流；獲取部，用于基于檢測到的電流，關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取與所述微機(jī)械裝置的電容有關(guān)的參數(shù)；控制部，用于將所述控制電壓控制為使得關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取的所 述參數(shù)互相一致。
9、 一種用于驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的設(shè)備，所述微機(jī)械裝置包括兩個相對的電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，所述設(shè)備包括控制電壓提供部，用于在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電 壓為正極性和負(fù)極性交替反轉(zhuǎn)的矩形波形；測量部，用于測量所述矩形波形的上升沿的電流峰值減少到給定比率所 經(jīng)過的時間；以及控制部，用于將所述控制電壓的大小控制為使得在所述矩形波形的正部 分和所述矩形波形的負(fù)部分所測量的時間相等。
10、 一種用于驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的設(shè)備，所述微機(jī)械裝置包括兩個相 對的電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，所述設(shè)備包括控制電壓提供部，用于在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電壓為正極性和負(fù)極性交替反轉(zhuǎn)的矩形波形；測量部，用于測量所述矩形波形的上升沿的電流峰值減少到給定比率所 經(jīng)過的時間；以及控制部，用于將所述控制電壓的大小控制為使得所測量的時間與給定的 設(shè)定值一致。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的設(shè)備和方法。在所述驅(qū)動控制微機(jī)械裝置的方法中，所述微機(jī)械裝置包括兩個相對的電極和夾在電極之間的電介質(zhì)層，在兩個所述電極之間提供控制電壓，所述控制電壓為正極性和負(fù)極性交替反轉(zhuǎn)的矩形波形。關(guān)于正側(cè)和負(fù)側(cè)檢測由于提供所述控制電壓而通過所述微機(jī)械裝置的電流，基于檢測到的電流，關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取與所述微機(jī)械裝置的電容有關(guān)的參數(shù)。將所述控制電壓控制為使得關(guān)于所述正側(cè)和負(fù)側(cè)獲取的所述參數(shù)互相一致。這樣，在可變電容裝置的交換驅(qū)動中可抑制電容在正側(cè)與負(fù)側(cè)之間的變化。
文檔編號H01H47/00GK101276691SQ20081008619
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者三島直之, 上田知史, 今井雅彥, 宓曉宇, 島內(nèi)岳明, 米澤游 申請人:富士通株式會社