微機電系統電路以及控制微機電系統電路的方法
2023-05-18 20:00:31
專利名稱：微機電系統電路以及控制微機電系統電路的方法
技術領域：
本發明涉及微機電系統(microelectromechanical ；MEMS)電路。
背景技術：
微機電系統電路在許多應用中都廣泛的使用，例如陀螺儀及振蕩器等等。然而， 在微機電系統應用中的振蕩，是取決於大量生產製造的過程、電壓及溫度的變化(PVT)而定。微機電系統裡的品質因子Q，定義為在共振器中儲存的能量與一個循環所流失的能量比值，也會隨著改變。這就會造成當一個固定電壓接到不同的微機電系統時，每個微機電系統的反應也會不同，例如一個裝置比另一個裝置多移動了更長的距離。當充電幫浦以高電壓15-20V用不同方式供給微機電系統，就會產生無法顧及微機電系統所需電壓要求的高電壓，這會造成額外的高功率消耗。因此有需要去改進上述微機電系統及其相關應用的缺點ο
發明內容
為克服現有技術中的缺陷，本發明提供一種控制微機電系統電路的方法，其中包括根據該微機電系統電路的移動，產生一電流，其中該移動被一控制信號所控制；根據該電流，產生一峰值電壓；以及當該峰值電壓超出一預定範圍時，調整該控制信號。本發明也提供一種微機電系統電路，包括一微機電系統裝置，用以產生一電流；一電流至電壓轉換器，用以將該電流轉換成一第一電壓；一放大器，用以將第一電壓轉換成一第二電壓；一峰值電壓檢測器，用以產生第二電壓的一峰值電壓；一校準器，用以接收峰值電壓，並產生一校準電路信號；一電壓產生電路，根據校準電路信號以產生一第三電壓；以及一驅動器，接收第二電壓當作輸入，第三電壓當作一操作電壓，並產生一第四電壓以供微機電系統裝置使用。本發明也提供一種微機電系統電路的另一實施例，包括一節點，具有一第一電壓； 一峰值電壓檢測器，耦接至第一節點，用以產生第一電壓的一峰值電壓；一比較器，用以根據峰值電壓、一第一參考電壓以及一第二參考電壓，產生一比較結果信號；一狀態機，用以根據比較結果信號，產生一狀態機信號；一電壓產生電路，用以根據狀態機信號、一第二電壓的電壓電平與一第三參考電壓，產生該第二電壓；以及一驅動器，耦接至第一節點，用以接收第一電壓當作一輸入，第二電壓當作一操作電壓，並且產生一第三電壓供一振蕩電路使用，其中第一電壓的電壓電平與一反饋迴路中的第三電壓的電壓電平相關。本發明的微機電系統電路的操作電壓是根據機械元件的移動距離來控制，所以會比其他方法消耗更少的功率。更進一步，因為上述的操作電壓已控制，所以由PVT及Q因素所造成機械元件移動距離的變異也隨之消除。
圖1所示為微機電系統電路100的一實施例的功能方塊圖。
圖2所示為圖1的微機電系統電路的一實施例的詳細示意圖。圖3所示為圖1的微機電系統電路的校準器的一實施例的詳細示意圖。圖4所示為圖1的微機電系統電路的電荷幫浦調節器的一實施例的詳細功能方塊圖。圖5所示為圖1的微機電系統電路的一實施例的信號波形圖。圖6所示為一實施例的波形圖，用以說明電壓VPP所相關的致能信號的操作。圖7所示為圖1中的微機電系統電路方法的一實施例流程圖。其中，附圖標記說明如下100 微機電系統電路；105 電流至電壓轉換器；110 放大器；120 高電壓驅動器；125 微機電系統裝置；125-1 質量塊；130 峰值電壓檢測器；135 校準器；140 電荷幫浦調節器；320 狀態機；410 峰值電壓檢測器；420 電荷幫浦；705、710、715、720 步驟；Res、R、Rl、R2 電阻;C、CPD 電容；L 電感；I。sc 電流；Vpd, Vctel, Virov, Vaeef, Va, Vhi, Vlo, Viv, Veef, VPP, VU V2, V3 電壓；CLK 時鐘脈衝；N1、N2 電晶體；PE 致能信號。
具體實施例方式有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖的一優選實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如上、下、左、 右、前或後等，僅是參考附加附圖的方向。因此，使用的方向用語是用以說明並非用以限制本發明。根據上述控制微機電系統電路的方法，本發明的微機電系統電路的操作電壓是根據機械元件的移動距離來控制，所以會比其他方法消耗更少的功率。更進一步，因為上述的操作電壓已控制，所以由PVT及Q因素所造成機械元件移動距離的變異也隨之消除。圖1為微機電系統電路100的一實施例的功能方塊圖。
一般而言，當微機電系統裝置125移動及/或轉動，會產生電流Iqsc以及交流成分。在各種不同的實施例中，電流I·以15KHz的範圍振蕩，振幅擴增至大範圍的0. 2nA至 2 μ Α,在公開的實施例也反應了電流的寬大範圍。電流至電壓轉換器105用以實現電流至電壓的轉換，例如轉換電流Iqsc至電壓 Viv，電壓Viv包括直流電壓(由共模電壓而來)加上交流成分。如果電流Irec不包含交流成分，電壓Viv會操作在電流至電壓轉換器105的共模電壓的直流電平。在各種不同的實施例中，通常電壓Viv與電流Iqsc是振蕩於相同頻率，大約是15KHz。電流至電壓轉換器105可稱為轉阻放大器。電壓Viv同時也當作放大器110的輸入。電壓Viv的振幅通常是由電流Irec及電阻 Res的乘積而得來，換句話說，電壓Viv等於電流至電壓轉換器105的共模電壓(V。m)加上由電流Iosc所造成的交流成分。舉例來說，如果Vcm = 1. 65V，則Viv = 1. 65V士 I。sc*Res，Iosc在某些實施例中是一個正弦電流信號。在某些實施例中，電壓Viv太小且不足以提供特定的應用。因此，放大器110將上述電壓Viv放大並產生具有合適預期電平的一電壓\。放大器110接收電壓Viv用以當作輸入，並放大該電壓Viv以產生該電壓VA，該電壓Va在某些實施例中是正弦信號。電壓Va-用以當作電流至電壓轉換器105及放大器110的參考電壓。峰值電壓檢測器130檢測電壓Va的峰值電壓，並產生一電壓Vpd供校準器135使用。校準器(Calibrator) 135用以根據電壓Vpd與參考電壓Vuj與Vhi，產生一電壓 VCTEL用以作為控制信號，以便控制電荷幫浦調節器140，其中電壓Vpd可反映電壓Va的峰值電壓。如果電壓Vpd介於電壓Vuj與Vhi之間，如圖3中的狀態機320，該電壓Vcm 會使得電荷幫浦調節器140的狀態機保持在相同狀態，以維持在相同的電壓VPP。但如果電壓Vpd小於電壓VM，則所產生的電壓VCT&會使得電荷幫浦調節器140改變其狀態機朝向更高的電壓VPP，例如從狀態000變成狀態001。同樣地，如果電壓Vpd比電壓Vhi還高，那麼電壓U2:0>會使得電荷幫浦調節器140改變其狀態機，朝向更低的電壓VPP，例如從狀態001變成狀態000。在某些實施例中，電壓Vcm包含了 3位元，用以解碼為8個數值，分別代表狀態機320的八個狀態。這些實施例並不只有限制在3位元。不同數值所對應的位元數也屬於本發明的實施例的範圍。更進一步來說，電壓Vhi及Vuj是根據不同的相關因素來選擇，如微機電系統裝置125的特性，與微機電系統裝置125裡面的質量塊(Proof mass) 125-1。舉例來說，這些因素包括質量塊125-1的重量或質量，或是預期質量塊125-1 所移動的距離。根據這些特性，相關的電流Iffic與電壓vIV、vA、vPD都可以計算出來。舉例來說，經由計算電流IQSC、電壓Viv以及電壓VA，當移動距離為10 μ m時，電壓Vpd約為2. 2V。以此例子來說，對應的電壓分別為電壓Vhi為2. 5V，電壓Vuj為2. 0V。電荷幫浦調節器(Charge pump regulator) 140根據電壓Vcm所提供的狀態與由電壓Vkef所產生的參考電壓，提供高電壓驅動器120所需要的電壓VPP。在某些實施例中，電壓Vcm的數值與狀態機320的狀態有關，與參考電壓也有關，如電壓Vkef所產生的參考電壓VKEF1、VKEF2、Vkef3等等。電荷幫浦調節器140根據電壓VPP的反饋信號來決定是否要繼續增加電壓VPP，此電壓VPP的反饋信號根據一特定狀態的參考電壓所產生。舉例來說，剛開始在預設狀態，電壓VPP還未達到位於4V的參考電壓Vkefi時，電荷幫浦調節器140會繼續充電，當電壓VPP達至4V時才會停止充電。高電壓驅動器(High voltage driver) 120使用電荷幫浦調節器140產生的電壓 VPP作為操作電壓。在某些實施例中，電壓VPP愈小，質量塊125-1移動的距離就愈小。反過來說，電壓VPP愈大，質量塊125-1移動的距離就愈大。舉例來說，如果電壓Va的峰值電壓很低，像是質量塊125-1移動很少或是電流I·很小時，電荷幫浦調節器140會根據電壓 Va的峰值電壓增加電壓VPP。在某些特定的電壓VPP，質量塊125-1維持在固定速度時，電荷幫浦調節器140會停止充電，但其仍然提供定值的電壓VPP。在某些實施例中，電荷幫浦調節器140為一個提供期望電壓範圍在15-20V的電荷幫浦。在某些實施例中，電壓V麗比電壓VPP稍微小一點，但是為了說明方便，可將電壓VPP與電壓V麗視為是相同的。高電壓驅動器(High voltage driver) 120用以提供微機電系統裝置(例如微機電系統振蕩器)125所需的高電壓(例如Vmv)。在某些實施例中，高電壓驅動器120是一個具有可變增益的放大器，可將電壓Va放大，用以產生電壓VHDV。高電壓驅動器120的增益比放大器110的增益為大，高電壓驅動器120的增益有100倍，而放大器110的增益只有5至 6倍。在某些實施例中，高電壓驅動器120用以提供微機電系統裝置125所需的高電壓。高電壓驅動器120也可用以接收電壓VPP作為其操作電壓。當高電壓驅動器120接收愈高的電壓VPP，高電壓驅動器120可產生更高的電壓Vmv，而且質量塊125-1移動的距離也愈大。 在某些實施例中，當經過一電壓調節器時(無圖示)，電壓VPP與Vmv會有一電壓差，該電壓差在產生電壓VPP時會考慮到。若在不考慮上述電壓差的情況下，畫出電壓Vmv的波形圖， 與電壓VPP的波形圖會非常相似。質量塊125-1是微機電系統裝置125裡的移動部件。在某些實施例中，質量塊 125-1 —開始會緩慢移動，然後會得到額外的速度以加速至該質量塊125-1的速度為定值。 在某些情況下，微機電系統裝置125裡面的質量塊125-1會比另一個微機電系統裝置125 裡的質量塊125-1來得更容易移動，例如在兩個不同的半導體裝置上。因此，不一樣的質量塊125-1就算質量相同，也各自需要不同的電壓來移動。在某些實施例中，是根據質量塊 125-1需要的速度及移動距離來提供電壓VPP。意即電壓VPP被控制是比較有利的方法， 因為電壓VPP提供了足夠一質量塊125-1移動所需的電壓，而其他方法則是不管該質量塊 125-1的速度或移動距離來提供電壓。因為此方法不像其他方法一樣使用過大的電壓以導致更多的功率消耗，在某些實施例可節省功率消耗。質量塊125-1的移動是根據相關的電流Iree的大小而定。在某些實施例中，質量塊125-1根據一差動信號移動，而差動信號用以消除質量塊125-1在移動中的噪聲。舉例來說，當一電壓加至質量塊125-1的其中一側，質量塊125-1 的另一側會收集電流所產生的電荷。在某些實施例中，質量塊125-1移動的範圍為Iym 至ΙΟμπι。在某些實施例中，微機電系統裝置125與電流至電壓轉換器105之間的電流路徑、電流至電壓轉換器105以及放大器110可視為一反饋迴路。圖2為微機電系統電路100的電路圖。與圖1相比，為了簡化，校準器135與電荷幫浦調節器140並不畫於圖2上。電壓Vdd為操作電壓，Vss為接地。電壓V1、V2、V3分別提供了電流至電壓轉換器105、放大器110與高電壓驅動器120所需的偏壓。電阻Rl與R2 是用以提供放大器110的增益。電壓Vakef是當作電流至電壓轉換器105與放大器110的參考電壓。在某些實施例中，電壓Vakef大約為Vdd的一半，如電壓Vdd為3. 3V，電壓Vkef為1. 65V。電流至電壓轉換器105、放大器110與高電壓驅動器120會放大相對應的電流與電壓。圖1中的微機電系統裝置125，代表了一連串對等的LRC電路(L 電感、R 電阻、 C 電容)，如同圖2的微機電系統裝置125。電流Iffi。的振蕩頻率與LRC電路是相同的。峰值電壓檢測器(Peak voltage detector) 130中的電容Cpd與電晶體m、N2可檢測電壓vA的峰值電壓並產生電壓vPD。在某些實施例中，電SVa驅動電晶體m的柵極。電晶體m的源極耦接於電容Cpd的一端與電晶體N2的漏極。電容Cpd的另一端耦接於電晶體 N2的源極及基極，電晶體N2的基極在某些實施例中為Vss或接地。電晶體N2的柵極耦接於一參考電壓Vrn2。更進一步，電晶體m用以當作一個源極隨耦器，使其在源極的電壓受到電壓Va影響，電壓Va為跟隨受到電壓Vgsni影響的柵極電壓，電壓VesN1為電晶體m柵極與源極之間的電壓差。電晶體N2用以提供一電流路徑給電壓VPD，電容Cpd用以作為電壓Va 的低通濾波器。數學上來說，Vpd = Va-Vkni。在某些實施例中，電壓Va與電壓Vpd振蕩於兩個不同的頻率上，分別為頻率f 1及頻率f2。電容Cpd在某些實施例中設定為2. SpF來模擬，而電容 Cpd用以讓頻率f2比頻率fl為低。換句話說，電容Cpd用以當作低通濾波器以消除電壓Vpd 的高頻成份，以得到直流與低頻的成份。舉例來說，當調整電容Cpd時，可持續觀察電壓乂4與 Vpd,電壓Vpd也會跟隨電壓VA-VesN1的峰值電壓而改變。當從低電壓轉換成高電壓時，電壓Va 與Vpd也會一同上升。當從高電壓轉換成低電壓時，電壓Vpd下降的速度不會跟電壓Va —樣快，因為頻率f2比頻率fl為低。同時間，因為在電壓Va的下一個從低到高的轉換周期，電壓Vpd會被再拉高。更進一步來說，電壓Va的振蕩有部分電壓比電晶體m的臨界電壓Vthni 為高，而有部分電壓比臨界電壓Vthni為低。當電壓Va比臨界電壓Vthni高時，電晶體m會開啟，當電壓Va比臨界電壓Vthni低時，該電晶體m會關閉。當電晶體m開啟的時候，由在電晶體m的柵極至源極間的電流，會對電容Cpd充電直到電壓vA-vesN1的峰值。當電晶體m 關閉的時候，電容Cpd就沒有明顯的電荷變動。所以電壓Vpd可以反應出電壓VA-VesN1的峰值電壓。在某些實施例中，電晶體m與N2可視為一切換裝置。在某些實施例中，狀態機320包括8個狀態，所述多個狀態由3位元的電壓 VCTKl解碼為8個數值。舉例來說，這8個電壓VCTKL的數值包括000、001、010、011、 100、101、110 與 111，分別與狀態機 320 的 8 個狀態 000、001、010、011、100、101、110 與 111
相對應。電壓Vhi與Vuj用以當作參考電壓。如果電壓Vpd介於電壓Vuj與Vhi之間，比較器 COMPl與C0MP2會產生信號01及02給狀態機320以維持在相同狀態。在某些實施例中， 信號01及02可視為比較結果信號，而電壓VCT&可視為一狀態機信號，但不限定於此。 但如果電壓Vpd比電壓Vhi為高，比較器COMPl會產生信號01使狀態機320改變至另一狀態以降低電壓VPD。如果電壓Vpd比電壓Vuj為低，比較器C0MP2會產生信號02使狀態機320改變至另一狀態以增加電壓VPD。舉例來說，在電壓Vpd與Vhi及Vuj比較之前，狀態機320的現行狀態為010。如果電壓Vpd比電壓Vhi為高，比較器COMPl會產生01信號使得狀態機320 改變至狀態001，同時減低電壓VPD。如果電壓Vpd比電壓Vuj為低，比較器C0MP2會產生02 信號使得狀態機320改變至狀態011，同時增加電壓VPD。時鐘脈衝CLK提供一時鐘脈衝信號給狀態機320。在某些實施例中，時鐘脈衝CLK使用微機電系統電路100從系統時鐘脈衝所衍生出來，系統時鐘脈衝的頻率比狀態機320 的頻率快上許多，故將系統時鐘脈衝除以一數值M，則可產生時鐘脈衝CLK。圖4為電荷幫浦調節器140的一實施例的示意圖。在某些實施例中，電壓VCT&三個位元所代表的8個數值可以對應到狀態機 320的8個狀態。上述每個數值或是狀態機的狀態，均與電壓Vkef所產生的參考電壓有關。 舉例來說，狀態機320的8個狀態，可對應到8個參考電壓Vkefi至VKEF8。峰值電壓檢測器 410可根據電壓Vcm所產生的數值，對電壓VPP與參考電壓Vkefi進行比較。如果電壓 VPP比參考電壓Vkefi為高，峰值電壓檢測器410會關閉電荷幫浦420的致能信號PE，使得電荷幫浦420停止充電，意即停止增加電壓VPP。如果電壓VPP比參考電壓Vkefi為低，峰值電壓檢測器410會開啟致能信號PE，使得電荷幫浦420繼續充電，意即增加電壓VPP。在上述圖示中，電壓Vem的3位元對應8個數值、狀態機320的8個狀態與 8個參考電壓Vkefi至VKEF8。不同位元數的電壓Vem與對應數值、狀態機320不同的狀態數量與數量不同的參考電壓，均在公開的實施例的範圍內。圖5為本發明的實施例中微機電系統電路100在操作中的各種信號波形圖。水平軸代表時間單位，垂直軸代表對應的電壓Viv、Va、Vpd與VPP。電壓Viv與Va為正弦波，但為了簡化圖示，並無顯示正弦波的細節。電壓Vpd可以反應電壓Va的峰值電壓。電壓Va的波形與電壓Vhdv的波形很相似，除了電壓V麗在高電壓驅動器120增益後有更大的振幅。在圖5 中所描述的波形均無改變其大小。在實施例中，電壓Vcm有3位元，對應8個數值000、001、010、011、100、101、 110 與 111，對應到狀態機 320 的 8 個狀態 000、001、010、011、100、101、110 與 111。更進一步，狀態000、001、010、011、100、101、110與111分別對應至個別的電壓VPP，並且參考電壓
Veefi至Veef8分別對應至4V、5V、6V、7V、8V、9V、10V與IlV0然而，為了圖示說明，只有畫出
000、001與010等3個狀態。微機電系統裝置125為使質量塊125-1移動10μ m所需的電壓VPP為6V。這些在公開內容中的設計細節討論均只是實施例，並非為用以限制本發明。在時間t0之前，電壓VPP處於0V，因為電壓Vakef與電壓Viv均設定在1. 65V。這些信號的行為在時間to、tl及t2開始時都很相似，信號一開始都增加，一段時間之後就保持在定值。電壓VPP增加的幅度，與質量塊125-1所增加的速度及電流增加的幅度有關。 當質量塊125-1的速度及電流Iqsc保持定值，電壓VPP也保持定值。在時間t0，使用微機電系統電路100的系統進行重置。狀態機320預設為狀態 000，且電荷幫浦420用以產生4V的預設電壓至電壓VPP。質量塊125-1接收4V的電壓之後開始移動。電流Iree根據相關的電壓VIV、VA及Vpd的增加而增加，當電流I·為峰值電流時，相關的電壓Vpd約為1.4V。舉例來說，在時間tl，電壓Vpd處於1. 4V，並分別與位於2. OV的電壓Vuj與位於 2. 5V的電壓Vhi相比較。因為位於1. 4V的電壓Vpd比位於2. OV的電壓Vm為低，比較器COMPl 與C0MP2產生信號01及02給狀態機320，以改變其狀態000至狀態001。電荷幫浦420根據狀態001當作輸入，會產生5V電壓給電壓VPP。當質量塊125-1接收到電壓VPP從4V變成5V時，質量塊125-1就開始增加其速度。電流也會隨之增加，並造成電壓Vpd升高至
1.9V而飽和。在時間t2，電壓Vpd為1. 9V，並分別與電壓Vhi與Vlo比較。因為位於1. 9V的電壓Vpd比位於2. OV的電壓Vuj為低，比較器COMPl與C0MP2產生信號01及02給狀態機320以改變至狀態010。電荷幫浦420，根據狀態010產生6V電壓給電壓VPP。當質量塊125-1接收的電壓VPP從5V變成6V，質量塊125-1就開始增加其速度。電流也會隨之增加，並使電壓Vpd升高至2. 3V而飽和。圖6為波形圖，用以說明電荷幫浦420的致能信號PE與電壓VPP的操作關係。時間t0、tl及t2與圖5中的時間t0、tl及t2 —致。圖6的時間標度比圖5有更高的解析度。如圖6所示，時間t0、tl及t2的開始，電壓VPP需要時間分別到達4V、5V及6V，意即在每個時段t0及t0』、tl及tl』、t2及t2』之間。因為圖5的低解析度，上述的各時段並不畫於圖上。換句話說，所述多個時段在圖5中是相對地很小。在圖6，在上述多個時段的期間，因為電壓VPP尚未處於預期的電壓4V、5V及6V，所以峰值電壓檢測器410會繼續產生高電平的致能信號PE，使電荷幫浦420繼續充電來增加電壓VPP。當電壓VPP到達預期的電壓4V、5V及6V之後，峰值電壓檢測器410則產生低電平的致能信號PE，使電荷幫浦420停止充電。更進一步舉例來說，假設在時間t2』之後，電壓VPP下降至6V以下三次，相關的電荷幫浦420的致能信號PE會有三個高電平產生，這表示電荷幫浦420被致能，並對電壓VPP 充電到達或超過6V。圖7為流程圖700，用以說明本發明實施例中微機電系統電路100的運作。在步驟705，產生電流Iqsc與電壓VPD。舉例來說，當微機電系統電路100重置到預設狀態時，狀態機320的預設狀態為狀態000。峰值電壓檢測器410比較位於OV的電壓VPP 與狀態000相關且位於4V的參考電壓Vkefi，並產生一致能信號PE給電荷幫浦420對電壓 VPP充電至4V。在電壓VPP到達4V之前，峰值電壓檢測器410保持產生一高電平的致能信號PE給電荷幫浦420，使電荷幫浦420繼續對電壓VPP充電至4V。在某些實施例中，電壓 VPP需要花費幾毫微秒(ns)的時間以到達4V。質量塊125-1接收從電壓VPP或Vhdv的4V 電壓後開始移動。因此，會造成電流Iffic的產生並且增加，對應於電壓Vpd的產生及增加。電壓Vpd在幾毫秒(ms)後到達1. 4V。在步驟710，調整電壓VPP。一開始，校準器135分別比較位於1. 4V的電壓Vpd與位於2. OV的電壓Vuj及位於2. 5V的電壓Vhi。因為位於1. 4V的電壓Vpd比電壓Vuj為低，校準器135根據電壓Vem為001，並改變狀態機320從狀態000至狀態001。峰值電壓檢測器410比較位於4. OV的電壓VPP與處於狀態001下且位於5. OV的參考電壓VKEF2，並產生電荷幫浦420的致能信號PE，對電壓VPP充電至5V。當質量塊125-1接收電壓Vhdv或電壓VPP的變化從4V至5V，質量塊125-1就移動得更快。電流Iree開始增加，對應於電壓 Vpd的增加。電壓Vpd在幾毫秒後到達1. 9V。 在步驟715，校準器135分別比較位於1. 9V的電壓Vpd與位於2. OV的電壓Vuj及位於2. 5V的電壓Vhi。因為位於1. 9V的電壓Vpd比電壓Vuj為低，校準器135根據電壓ν· 處於010，並改變狀態機320的狀態從狀態001至狀態010。峰值電壓檢測器410比較位於 5V的電壓VPP與處於狀態010下且位於6V的參考電壓VKEF3，並產生電荷幫浦420的致能信號PE，對電壓VPP充電至6V。當質量塊125-1接收電壓Vhdv或電壓VPP的變化從5V至6V， 質量塊125-1就移動得更快。電流Iree開始增加，與電壓Vpd的增加相對應。電壓Vpd在幾毫秒後到達2. 3V。
在步驟720，校準器135分別比較位於2. 3V的電壓Vpd與位於2. OV的電壓\0及位於2. 5V的電壓Vmo因為位於2. 3V的電壓Vpd介於電壓Vuj與Vhi之間，校準器135根據電壓Vem處於010，狀態機320的狀態仍然保持在狀態010。峰值電壓檢測器410比較位於5V的電壓VPP與處於狀態010且位於6V的參考電壓VKEF3，並產生電荷幫浦420的致能信號PE，對電壓VPP充電至6V。當質量塊125-1接收電壓VPP 6V，質量塊125-1會保持相同的移動速度。電流不變，電壓Vpd同樣維持在2. 3V。在步驟710，電壓Vpd比電壓Vuj為低僅為說明之用。但如果電壓Vpd比電壓Vhi為高，則會產生電壓ν·使得電荷幫浦420改變其狀態機朝向更低的電壓VPP，直到電壓Vpd介於電壓Vuj與Vhi之間。本發明的一些實施例已描述，但仍然可能有不同的修改違反公開內容的精神與範圍。舉例來說，各種不同摻雜劑類型的電晶體如NMOS及PM0S，都只是為了圖示，而公開的實施例並無限制某一特定的電晶體摻雜劑類型，特定電晶體的摻雜劑類型均是設計上的考量，仍然處於實施例的範圍內。上述不同信號的邏輯電平同樣也是為了圖示，實施例並無限制當一信號啟動或/且關閉時的特定電平，但選擇一適合的邏輯電平也是設計上的考量。上述實施例的方法只是舉例的步驟，所述多個步驟並不一定會照順序實行。步驟也可能增加、替換、改變順序，或是合適地刪減，這些都在公開內容的精神與範圍之中。舉例來說，上述的範例方法表示當狀態機320改變時，電壓VPP跟著改變，因為電壓Vpd比電壓Vm 小，所以狀態機320會由狀態000至狀態001再至狀態010，但如果電壓Vpd比電壓Vhi高， 狀態機320亦可反向改變狀態，由狀態101至狀態100再至狀態011，使得電壓VPP下降。惟以上所述者，僅為本發明的優選實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明權利要求及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。另外本發明的任一實施例或權利要求不須達成本發明所公開的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用以輔助專利文件搜尋之用，並非用以限制本發明的權利範圍。
1權利要求
1.一種控制微機電系統電路的方法，包括根據該微機電系統電路的移動，產生一電流，其中該移動被一控制信號所控制；根據該電流，產生一峰值電壓；以及當該峰值電壓超出一預定範圍時，調整該控制信號。
2.如權利要求1所述的控制微機電系統電路的方法，還包括使用該控制信號作為一操作電壓，藉以驅動該微機電系統電路的一質量塊，其中當該質量塊移動時會產生該電流。
3.如權利要求1所述的控制微機電系統電路的方法，其中調整該控制信號的步驟包括產生一狀態機的一狀態，以及比較該控制信號與該狀態機的狀態所對應的一參考電壓。
4.如權利要求1所述的控制微機電系統電路的方法，其中產生該峰值電壓的步驟包括將該電流轉換成一第一電壓；使用該第一電壓來控制耦接至一電容的一第一電晶體，造成該第一電壓運作在一第一頻率之上，並且該第一頻率高於該峰值電壓所運作的一第二頻率；以及重複地在該第一電壓導通該第一電晶體時，經由該第一電晶體對該電容充電，在該第一電壓關閉該第一電晶體時，停止對該電容充電。
5.如權利要求1所述的控制微機電系統電路的方法，其中產生該峰值電壓的步驟包括將該電流轉換成一第一電壓； 驅動該第一電壓至一第一電晶體的柵極； 將該第一電晶體的源極耦接至一電容的一第一端；以及在該第一電晶體的源極上提供一電流路徑。
6.一種微機電系統電路，包括一微機電系統裝置，用以產生一電流； 一電流至電壓轉換器，用以將該電流轉換成一第一電壓； 一放大器，用以將該第一電壓轉換成一第二電壓； 一峰值電壓檢測器，用以產生該第二電壓的一峰值電壓； 一校準器，用以接收該峰值電壓，並產生一校準電路信號； 一電壓產生電路，根據該校準電路信號以產生一第三電壓；一驅動器，接收該第二電壓當作輸入，該第三電壓當作一操作電壓，並產生一第四電壓以供該微機電系統裝置使用；以及一質量塊，用以於該第四電壓造成該質量塊移動時產生該電流。
7.如權利要求6所述的微機電系統電路，其中該峰值電壓檢測器包括 一第一電晶體，具有一第一柵極、一第一漏極以及一第一源極； 一第二電晶體，具有一第二柵極、一第二漏極以及一第二源極；以及一電容，具有一第一端以及一第二端，其中該第一柵極用以接收該第二電壓，該第一源極耦接至該第一端與該第二漏極，用以產生該峰值電壓，並且該第二端耦接至該第二源極與該第二電晶體的一基極。
8.如權利要求6所述的微機電系統電路，其中該校準器包括一比較器及一狀態機，並且該比較器根據該峰值電壓、一第一參考電壓以及一第二參考電壓產生該校準電路信號，該校準電路信號對應於該狀態機的一狀態，且該狀態機的狀態對應於該第三電壓的電壓電平。
9.如權利要求6所述的微機電系統電路，其中該電壓產生電路包括一檢測器及一電荷幫浦，該檢測器用以根據該校準電路信號、一參考電壓以及該第三電壓的電壓電平，控制該電荷幫浦，並且該參考電壓對應於該狀態機的一狀態，其中該檢測器用以根據該校準電路信號、該參考電壓以及該第三電壓的電壓電平，產生一致能信號，藉以控制該電荷幫浦。
10.一種微機電系統電路，包括 一節點，具有一第一電壓；一峰值電壓檢測器，耦接至該第一節點，用以產生該第一電壓的一峰值電壓； 一比較器，用以根據該峰值電壓、一第一參考電壓以及一第二參考電壓，產生一比較結果信號；一狀態機，用以根據該比較結果信號，產生一狀態機信號，其中該狀態機包括多個狀態，所述多個狀態中的一個對應於該第二電壓的電壓電平；一電壓產生電路，用以根據該狀態機信號、該第二電壓的電壓電平與一第三參考電壓， 產生一第二電壓；以及一驅動器，耦接至該第一節點，用以接收該第一電壓當作一輸入，該第二電壓當作一操作電壓，並且產生一第三電壓供一振蕩電路使用，其中該第一電壓的電壓電平與一反饋迴路中的該第三電壓的電壓電平相關。
11.如權利要求10所述的微機電系統電路，其中該反饋迴路包括一電流路徑，該電流路徑具有用以轉換成該第一電壓的一電流；一電流至電壓轉換器，用以將該電流轉換成一電壓；以及一放大器，用以將所轉換的該電壓放大至該第一電壓。
12.如權利要求10所述的微機電系統電路，還包括一切換裝置，用以根據該第二電壓的第一部分電壓而處於一第一狀態，並用以根據該第二電壓的第二部分電壓而處於一第二狀態；以及一電容，耦接至該切換裝置，用以利用該第一部分電壓所產生的電流來充電。
全文摘要
一種微機電系統電路和控制微機電系統電路的方法，該方法包括根據微機電系統裝置的移動以產生一電流，其中此移動被一控制信號所控制；根據該電流以產生一峰值電壓；以及當該峰值電壓超出一預定範圍時調整該控制信號。本發明的微機電系統電路的操作電壓是根據機械元件的移動距離來控制，所以會比其他方法消耗更少的功率。更進一步，因為上述的操作電壓已控制，所以由PVT及Q因素所造成機械元件移動距離的變異也隨之消除。
文檔編號G05B19/02GK102253645SQ201010290529
公開日2011年11月23日 申請日期2010年9月20日 優先權日2010年5月18日
發明者普強榮, 林志昌, 陳建宏, 隋彧文, 黃明傑 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司