NL2002134C

NL2002134C - OSCILLATOR SWITCH FOR GENERATING AN EXCHANGE VOLTAGE.

Info

Publication number: NL2002134C
Application number: NL2002134A
Authority: NL
Inventors: Willem Merlijn Spengen; Tjerk Hendrik Oosterkamp
Original assignee: Univ Leiden
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-04-26
Also published as: WO2010047585A1

Description

OSCILLATORSCHAKELING VOOR HET GENEREREN VAN EEN WISSELSPANNINGOSCILLATOR SWITCH FOR GENERATING AN EXCHANGE VOLTAGE

De uitvinding betreft een oscillatorschakeling voor het genereren van een wisselspanningThe invention relates to an oscillator circuit for generating an alternating voltage

Bekend zijn oscillatorschakelingen waarin MOS- en/of bipolaire technologie wordt toegepast, die gevoelig zijn voor 5 zeer hoge en lage temperaturen en voor radioactieve straling, en daarom minder geschikt zijn te worden toegepast in een omgeving waar dergelijke straling optreedt, bijvoorbeeld in meetapparatuur die wordt gebruikt in wetenschappelijk onderzoek.Oscillator circuits are known in which MOS and / or bipolar technology is applied, which are sensitive to very high and low temperatures and to radioactive radiation, and are therefore less suitable to be used in an environment where such radiation occurs, for example in measuring equipment that is used. used in scientific research.

10 Het is een doel van de uitvinding een oscillatorschakeling te verschaffen die is te produceren als een geïntegreerde schakeling die niet noodzakelijkerwijze compatibel moet zijn met CMOS- en bipolaire technologie.It is an object of the invention to provide an oscillator circuit that can be produced as an integrated circuit that does not necessarily have to be compatible with CMOS and bipolar technology.

Het is nog een doel een oscillatorschakeling te 15 verschaffen die geschikt is te worden blootgesteld aan zeer hoge of lage temperaturen of aan radioactieve straling.It is another object to provide an oscillator circuit which is suitable for being exposed to very high or low temperatures or to radioactive radiation.

Deze doelen worden bereikt, en andere voordelen worden behaald, met een oscillatorschakeling van het in de aanhef genoemde type, die overeenkomstig de uitvinding wordt 20 gekenmerkt door een als geïntegreerde schakeling te vervaardigen oscillator volgens een micro-elektromechanisch systeem (MEMS-oscillator).These objects are achieved, and other advantages are achieved, with an oscillator circuit of the type mentioned in the preamble, which according to the invention is characterized by an oscillator to be produced as an integrated circuit according to a micro-electromechanical system (MEMS oscillator).

In een oscillatorschakeling volgens de uitvinding omvat de MEMS-oscillator bij voorbeeld ten minste een substraat 25 waarop zijn aangebracht een zich evenwijdig aan het substraat en ruimtelijk daarvan gescheiden uitstrekkende eerste strook van een dunne film van een elektrisch geleidend materiaal, een eerste elektrode, een ruimtelijk van de eerste strook gescheiden tweede elektrode voor het daarop via een 30 impedantie aanbieden van een gelijkspanning (VDC) , waarbij een via de impedantie op de tweede elektrode aangeboden gelijkspanning (VDC) een wisselspanning (VAC) over de eerste en de tweede elektrode genereert.In an oscillator circuit according to the invention, the MEMS oscillator comprises, for example, at least one substrate 25 on which are arranged a first strip of a thin film of an electrically conductive material extending parallel to the substrate and spatially separated therefrom, a first electrode, a spatial second electrode separated from the first strip for applying a direct voltage (VDC) thereon via an impedance, a direct voltage (VDC) applied via the impedance on the second electrode generating an alternating voltage (VAC) across the first and the second electrode.

22

In een uitvoeringsvorm van een dergelijke oscillatorschakeling volgens de uitvinding is de eerste strook elektrisch gekoppeld met de eerste elektrode, strekt de eerste strook zich in een rusttoestand uit boven de tweede 5 elektrode en vormt daarmee een eerste condensator, en is de eerste strook op zodanige wijze beweegbaar, dat deze bij het via de impedantie aanbieden van een gelijkspanning (VDC) op de tweede elektrode en het als gevolg daarvan opladen van de eerste condensator wordt aangetrokken door de tweede 10 elektrode, waarbij over de eerste en de tweede elektrode een vanaf een bepaalde beginwaarde toenemende spanning (vAC) ontstaat, totdat een elektrisch contact tussen de eerste strook en de tweede elektrode ontstaat, waarbij de eerste condensator wordt ontladen, de eerste strook in zijn 15 rusttoestand terugkeert en de spanning over de eerste en de tweede elektrode tot zijn beginwaarde terugvalt.In an embodiment of such an oscillator circuit according to the invention the first strip is electrically coupled to the first electrode, the first strip extends in a rest state above the second electrode and thus forms a first capacitor, and the first strip is in such a way movable, that when a DC voltage (VDC) is applied to the second electrode via the impedance and, as a result, the first capacitor is charged, it is attracted by the second electrode, with a first and second electrode from a certain initial value increasing voltage (vAC) arises until an electrical contact between the first strip and the second electrode occurs, wherein the first capacitor is discharged, the first strip returns to its resting state and the voltage across the first and the second electrode to its initial value falls back.

In een volgende uitvoeringsvorm van een dergelijke oscillatorschakeling volgens de uitvinding wordt de tweede elektrode gevormd door een zich evenwijdig aan het substraat 20 en ruimtelijk daarvan gescheiden uitstrekkende tweede strook van een dunne film van een elektrisch geleidend materiaal, welke tweede strook zich uitstrekt naar de eerste strook en daarmee een eerste condensator vormt, waarbij door het via de impedantie aanbieden van een gelijkspanning (VDC) op de 25 tweede elektrode de eerste condensator wordt opgeladen als gevolg waarvan over de eerste en de tweede elektrode een vanaf een bepaalde beginwaarde toenemende spanning (Vac) ontstaat, totdat een vonkoverslag tussen de eerste en de tweede strook plaats vindt, waarbij de eerste condensator 30 wordt ontladen en de spanning (VAC) over de eerste en de tweede elektrode tot zijn beginwaarde terugvalt.In a further embodiment of such an oscillator circuit according to the invention, the second electrode is formed by a second strip of a thin film of an electrically conductive material extending parallel to the substrate 20 and spatially separated therefrom, which second strip extends to the first strip and thus forms a first capacitor, wherein by offering a direct voltage (VDC) on the second electrode via the impedance, the first capacitor is charged, as a result of which a voltage increasing from a certain initial value (Vac) over the first and the second electrode arises until a spark-over occurs between the first and the second strip, whereby the first capacitor 30 is discharged and the voltage (VAC) across the first and the second electrode falls back to its initial value.

De frequentie van een oscillatorschakeling is op eenvoudige wijze in te stellen in een uitvoeringsvorm die een parallel aan de eerste condensator geschakelde tweede 35 condensator omvat.The frequency of an oscillator circuit can easily be adjusted in an embodiment which comprises a second capacitor connected in parallel with the first capacitor.

In nog een uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding strekt de eerste strook zich in een 3 rusttoestand uit boven de tweede elektrode en vormt daarmee een eerste condensator, en is de eerste strook op zodanige wijze beweegbaar, dat deze bij het via de impedantie aanbieden van een gelijkspanning (VDC) op de tweede elektrode 5 en het als gevolg daarvan opladen van de eerste condensator door de tweede elektrode wordt aangetrokken, waarbij over de eerste en de tweede elektrode een vanaf een bepaalde beginwaarde toenemende spanning (VAC) ontstaat, totdat een veldemissie-ontlading tussen de eerste strook en de tweede 10 elektrode plaats vindt, waarbij de eerste condensator wordt ontladen en de spanning (VAC) over de eerste en de tweede elektrode tot zijn beginwaarde terugvalt.In yet another embodiment of an oscillator circuit according to the invention, the first strip extends in a rest state above the second electrode and thus forms a first capacitor, and the first strip is movable in such a way that when it is supplied via the impedance a direct voltage (VDC) on the second electrode 5 and charging of the first capacitor as a result thereof is attracted by the second electrode, a voltage (VAC) increasing from a certain initial value being produced across the first and the second electrode until a field emission discharge takes place between the first strip and the second electrode, the first capacitor being discharged and the voltage (VAC) across the first and the second electrode falling back to its initial value.

In weer een volgende uitvoeringsvorm van een oscillator volgens de uitvinding is deze voorzien van een tussen de 15 eerste strook en de tweede elektrode opgenomen passief resonante schakeling of een transformator, is de eerste strook voorzien van een laag van een piëzo-resistief materiaal, strekt deze zich in een rusttoestand uit boven de tweede elektrode en vormt daarmee een eerste condensator, en 20 is de eerste strook op zodanige wijze beweegbaar, dat deze bij het via de passief resonante schakeling of de transformator aanbieden van een gelijkspanning (VDc) op de tweede elektrode een oscillerende beweging uitvoert, waarbij over de eerste en de tweede elektrode een wisselspanning 25 (VAC) wordt gegenereerd.In yet another embodiment of an oscillator according to the invention, it is provided with a passive resonant circuit or a transformer included between the first strip and the second electrode, the first strip is provided with a layer of a piezo-resistive material, it extends extends above the second electrode in a rest state and thus forms a first capacitor, and the first strip is movable in such a way that when applying a direct voltage (VDc) to the second electrode via the passive resonant circuit or the transformer perform an oscillating movement, an alternating voltage (VAC) being generated over the first and the second electrode.

Een oscillatorschakeling waarin veldemissie-ontlading plaatsvindt, of waarvan de eerste strook is voorzien van een laag piëzo-resistief materiaal, is in een praktisch voordelige uitvoeringsvorm voorzien van ten minste een derde 30 elektrode waarover de eerste strook zich in een rusttoestand uitstrekt, voor het daarop aanbieden van een regelspanning voor het regelen van de amplitude van de te genereren wisselspanning (VAC) .An oscillator circuit in which field emission discharge takes place, or of which the first strip is provided with a layer of piezo-resistive material, is in a practically advantageous embodiment provided with at least a third electrode over which the first strip extends in a rest state, for the purpose thereof. offering a control voltage for controlling the amplitude of the alternating voltage (VAC) to be generated.

Het elektrisch geleidend materiaal van de dunne film in 35 een versterkerinrichting volgens de uitvinding is bijvoorbeeld geselecteerd uit de groep materialen aluminium (Al), polykristallijn silicium (Si), gedoteerd 4 polykristallijn silicium, koolstof (C), Sic, germanium (Ge), germanium-siliciumlegeringen, titanium (Ti), titaniumnitriden, nikkel (Ni), koper (Cu,) tantalium (Ta), wolfraam (W), goud (Au) en stapelingen van ten minste twee 5 van deze materialen.The electrically conductive material of the thin film in an amplifier device according to the invention is for example selected from the group of materials aluminum (A1), polycrystalline silicon (Si), doped 4 polycrystalline silicon, carbon (C), Sic, germanium (Ge), germanium-silicon alloys, titanium (Ti), titanium nitrides, nickel (Ni), copper (Cu,) tantalum (Ta), tungsten (W), gold (Au) and stacks of at least two of these materials.

De uitvinding zal in het volgende worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden, onder verwijzing naar de tekeningen.The invention will be elucidated hereinbelow on the basis of exemplary embodiments, with reference to the drawings.

In de tekeningen tonen 10 Fig. 1 in schematische weergave een eerste uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding, met in dwarsdoorsnede een eerste MEMS-oscillator, Fig. 2 in schematisch bovenaanzicht de in fig. 1 weergegeven MEMS-oscillator, 15 Fig. 3 in schematische weergave een tweede uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding, met in dwarsdoorsnede een tweede MEMS-oscillator, Fig. 4 in schematische weergave een derde uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de 20 uitvinding, met in dwarsdoorsnede een derde MEMS-oscillator, Fig. 5 in schematische weergave een vierde uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding, met in dwarsdoorsnede een vierde MEMS-oscillator, en 25 Fig. 6 in schematische weergave een vijfde uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling volgens de uitvinding, met in dwarsdoorsnede een vijfde MEMS-oscillator.In the drawings, FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of an oscillator circuit according to the invention, with a first MEMS oscillator in cross section, FIG. 2 is a schematic plan view of the MEMS oscillator shown in FIG. 1, FIG. 3 is a schematic representation of a second embodiment of an oscillator circuit according to the invention, with a second MEMS oscillator in cross section, FIG. 4 is a schematic representation of a third embodiment of an oscillator circuit according to the invention, with a third MEMS oscillator in cross section, FIG. 5 is a diagrammatic representation of a fourth embodiment of an oscillator circuit according to the invention, with a fourth MEMS oscillator in cross section, and FIG. 6 is a schematic representation of a fifth embodiment of an oscillator circuit according to the invention, with a fifth MEMS oscillator in cross section.

In de figuren worden overeenkomstige onderdelen aangeduid met dezelfde verwijzingsgetallen.Corresponding components are designated in the figures with the same reference numerals.

30 Fig. 1 toont een oscillatorschakeling 10 met een substraat 1 van bijvoorbeeld een plak silicium met een isolerende nitridelaag, waarop een MEMS-oscillator is aangebracht, die wordt gevormd door een met een geaarde eerste elektrode 3 gekoppelde bladveer 2 van een elektrisch 35 geleidend, flexibel materiaal is aangebracht, die zich uitstrekt over een tweede elektrode 4. Bij het aanbieden van een gelijkspanning VDc aan de ingang 5 van een impedantie 6 5 zal de eerste condensator die wordt gevormd door de bladveer 2 en de tweede elektrode 4 daaronder worden opgeladen. Als gevolg van de spanning op de tweede elektrode ondervindt de bladveer 2 een elektrostatische kracht, en begint de bladveer 5 2 door te buigen. Als de spanning op de tweede elektrode 4 isFIG. 1 shows an oscillator circuit 10 with a substrate 1 of, for example, a silicon wafer with an insulating nitride layer, on which a MEMS oscillator is provided, which is formed by a leaf spring 2 of an electrically conductive, flexible material coupled to a grounded first electrode 3. which extends over a second electrode 4. When a direct voltage VDc is applied to the input 5 of an impedance 6, the first capacitor formed by the leaf spring 2 and the second electrode 4 below it will be charged. As a result of the voltage on the second electrode, the leaf spring 2 experiences an electrostatic force, and the leaf spring 2 starts to bend. If the voltage on the second electrode is 4

gestegen tot een bepaalde waarde klapt de bladveer 2 neerwaarts, maakt contact met de tweede elektrode 4 en ontlaadt de eerste condensator. Hiermee valt de op de bladveer 2 uitgeoefende kracht weg, als gevolg waarvan de 10 bladveer 2 omhoog klapt en de cyclus zich door het opnieuw opladen van de eerste condensator herhaalt, waarmee de oscillatie een feit is. Deze oscillatie vertaalt zich in een wisselspanning VAC over de eerste 3 en tweede elektrode 4, respectievelijk over de uitgangsaansluitingen 17, 18. De 15 wisselspanning VAC heeft bij benadering de vorm van een zaagtand, maar kan door een band- of laagdoorlaatfilter volgens op zich bekende wijze worden omgezet in een sinusvormige uitgangsspanning. De frequentie van de oscillator kan worden ingesteld met behulp van een parallel 20 aan de eerste condensator 2, 4 geschakelde tweede condensator 7. Als de totale capaciteit van de oscillator gegeven wordt door C, de impedantie door R en de spanning waarbij de bladveer 2 inklapt door Vpuii-in, dan wordt de oscillatieperiode TRaised to a certain value, the leaf spring 2 folds down, contacts the second electrode 4 and discharges the first capacitor. The force exerted on the leaf spring 2 hereby falls away, as a result of which the leaf spring 2 folds up and the cycle is repeated by recharging the first capacitor, with which the oscillation is a fact. This oscillation translates into an alternating voltage VAC across the first 3 and second electrode 4, respectively across the output terminals 17, 18. The alternating voltage VAC is approximately in the form of a sawtooth, but can pass through a band or low-pass filter according to per se known be converted into a sinusoidal output voltage. The frequency of the oscillator can be adjusted by means of a second capacitor 7 connected in parallel to the first capacitor 2, 4. If the total capacitance of the oscillator is given by C, the impedance by R and the voltage at which the leaf spring 2 collapses. by Vpuii-in, the oscillation period becomes T

25 (T = 1/frequentie) in een benadering gegeven door T = RC In (1 - Vpull_in/VEC)25 (T = 1 / frequency) in an approximation given by T = RC In (1 - Vpull_in / VEC)

Fig. 2 toont de MEMS-oscillator van de oscillatorschakeling 10 van fig. 1 in bovenaanzicht, in schematische vorm, ter illustratie van de lay-out van een 30 dergelijke schakelaar in een geïntegreerde schakeling.FIG. 2 shows the MEMS oscillator of the oscillator circuit 10 of FIG. 1 in top view, in schematic form, to illustrate the layout of such a switch in an integrated circuit.

Opgemerkt zij dat in de getoonde uitvoeringsvorm de bladveer 2 aan één zijde verankerd is, maar dat de oscillatorschakeling eveneens met een aan twee zijden verankerde (symmetrische) bladveer, brug of membraan kan 35 worden uitgevoerd. Naar de aard van het contact tussen de bladveer 2 en de elektrode 4 kan de oscillatorschakeling 10 worden aangeduid als metaalcontact-relaxatieoscillator.It is noted that in the embodiment shown the leaf spring 2 is anchored on one side, but that the oscillator circuit can also be designed with a (symmetrical) leaf spring, bridge or membrane anchored on two sides. Due to the nature of the contact between the leaf spring 2 and the electrode 4, the oscillator circuit 10 can be referred to as a metal contact relaxation oscillator.

66

Fig. 3 toont een oscillatorschakeling 20, waarbij de tweede elektrode wordt gevormd door een zich evenwijdig aan het substraat 1 en ruimtelijk daarvan gescheiden uitstrekkende tweede strook 4 van een dunne film van een 5 elektrisch geleidend materiaal, die zich uitstrekt naar de eerste strook 2 en daarmee een eerste condensator vormt. Door het aanbieden van een gelijkspanning (Vcc) op de tweede elektrode 4 wordt de eerste condensator opgeladen als gevolg waarvan over de eerste 3 en de tweede elektrode 4 een vanaf 10 een bepaalde beginwaarde toenemende spanning (VAC) ontstaat, totdat een vonkoverslag 13 tussen de eerste 2 en de tweede strook 4 plaats vindt, waarbij de eerste condensator wordt ontladen en de spanning (VAC) over de eerste 3 en de tweede elektrode 4 tot zijn beginwaarde terugvalt. Afhankelijk van 15 het soort gas in de omgeving van de stroken 2, 4 en de druk daarvan is de ontlading een echte vonk 13 of een corona-ontlading. De spanning die nodig is om de ontlading tot stand te brengen is hoger dan de spanning nodig om de ontlading in stand te houden. Als bij het opladen van de condensator de 20 ontstekingsspanning is bereikt zal als gevolg van de ontlading de spanning dalen, totdat de ontlading dooft. Vervolgens zal de condensator weer opladen totdat de ontstekingsspanning weer is bereikt, en de cyclus zich herhaalt. Deze oscillatie vertaalt zich in een wisselspanning 25 VAC over de eerste 3 en tweede elektrode 4, respectievelijk over de uitgangsaansluitingen 17, 18. De wisselspanning VAC heeft bij benadering de vorm van een zaagtand. De oscillatorschakeling 20 kan worden aangeduid als ontladings-relaxatieoscillator.FIG. 3 shows an oscillator circuit 20, wherein the second electrode is formed by a second strip 4 of a thin film of an electrically conductive material extending parallel to the substrate 1 and spatially separated therefrom, which strip extends to the first strip 2 and thereby first capacitor. By applying a direct voltage (Vcc) to the second electrode 4, the first capacitor is charged, as a result of which a voltage (VAC) increasing from a certain initial value is produced over the first 3 and the second electrode 4, until a spark flash 13 between the the first 2 and the second strip 4 take place, the first capacitor being discharged and the voltage (VAC) across the first 3 and the second electrode 4 falling back to its initial value. Depending on the type of gas in the vicinity of the strips 2, 4 and the pressure thereof, the discharge is a real spark 13 or a corona discharge. The voltage required to effect the discharge is higher than the voltage required to maintain the discharge. If the charging voltage is reached when the capacitor is being charged, the voltage will drop as a result of the discharge until the discharge goes out. The capacitor will then charge again until the ignition voltage is reached again, and the cycle repeats. This oscillation translates into an alternating voltage VAC across the first 3 and second electrode 4, respectively across the output terminals 17, 18. The alternating voltage VAC is approximately in the form of a sawtooth. The oscillator circuit 20 can be referred to as a discharge-relaxation oscillator.

30 Fig. 4 toont een oscillatorschakeling 30 met een veldemissie mechanische relaxatieoscillator, die is te beschouwen als een combinatie van de in fig. 1 en 2 getoonde metaalcontact-relaxatieoscillator 10 en de ontladings-relaxatieoscillator 20 van fig. 3. In de oscillatorschakeling 35 30 vindt emissie plaats tussen de tweede elektrode 4 en de beweegbare brug 2, die kan landen op boven de tweede elektrode 4 uitstekende geaarde eerste elektroden 3. Om het 7 ontstaan van de ontsteking te bevorderen, of om mogelijk te maken dat ook in vacuüm emissie kan optreden, is de tweede elektrode 4 in voorkomende gevallen voorzien van een veldemissie-tip 12. Om de spanning Vpuii-in waarmee de brug 2 5 inklapt of de emissie- of ontladingsstroom te kunnen regelen zijn onder de brug 2 derde elektroden 8 aangebracht, waarop een tweede spanningsbron 15 kan worden aangesloten.FIG. 4 shows an oscillator circuit 30 with a field emission mechanical relaxation oscillator, which can be regarded as a combination of the metal contact relaxation oscillator 10 shown in FIGS. 1 and 2 and the discharge relaxation oscillator 20 of FIG. 3. Emission takes place in the oscillator circuit 35 between the second electrode 4 and the movable bridge 2, which can land on grounded first electrodes 3 protruding above the second electrode 4. In order to promote the occurrence of the ignition, or to make it possible that vacuum can also occur, the second electrode 4, where appropriate, provided with a field emission tip 12. In order to be able to control the voltage Vpuii-in with which the bridge 2 collapses or the emission or discharge current, third electrodes 8 are provided under the bridge 2, on which a second voltage source 15 can be connected.

Fig. 5 toont een uitvoeringsvorm van een oscillatorschakeling 40 volgens de uitvinding die kan worden 10 aangeduid als piëzo-resistieve oscillator. De eerste strook, die in de getoonde uitvoeringsvorm is uitgevoerd als een symmetrisch brugelement 2, is voorzien van een laag 9 van een piëzo-resistief materiaal, die elektrisch geïsoleerd is ten opzichte van het brugelement 2. Het brugelement 2 en de 15 eerste elektroden 3 liggen hierbij, anders dan bij de in de figuren 1-4 getoonde oscillatorschakelingen 10, 20, 30, niet aan aarde, maar op een door een derde spanningsbron aan aansluiting 16 te leveren gelijkspanning. Vanaf het punt tussen de impedantie 6 en de tweede elektrode 4 is een 20 passief resonante schakeling of een transformator 11 opgenomen. Het brugelement 2 strekt zich in een rusttoestand uit boven de tweede elektrode 4 en vormt daarmee een eerste condensator, en is op zodanige wijze beweegbaar, dat het bij het aanbieden van een oscillerende spanning op de tweede 25 elektrode 4, via de passief resonante schakeling of de transformator 11, een oscillerende beweging uitvoert, waarbij over de eerste 3 en de tweede elektrode 4 een wisselspanning VAC wordt gegenereerd. In deze schakeling resulteert een beweging van het brugelement 2 in een weerstandsverandering 30 in de piëzo-resistieve laag 9, als gevolg waarvan de aangelegde gelijkspanning VDC wordt omgezet in een wisselspanning, die door de passief resonante schakeling of de transformator 11 wordt vergroot. Door het terugvoeren van deze laatste spanning naar de elektrode 4 onder het 35 brugelement wordt de amplitude van de oscillatie van het brugelement 2 steeds groter, totdat deze amplitude wordt beperkt door de uitstekende delen 3. De derde elektrode 8 kan 8 worden gebruikt voor het aanleggen van een regelspanning om het instelpunt van de oscillator te kiezen.FIG. 5 shows an embodiment of an oscillator circuit 40 according to the invention which can be referred to as a piezo-resistive oscillator. The first strip, which in the embodiment shown is designed as a symmetrical bridge element 2, is provided with a layer 9 of a piezo-resistive material, which is electrically insulated relative to the bridge element 2. The bridge element 2 and the first electrodes 3 here, unlike the oscillator circuits 10, 20, 30 shown in Figs. 1-4, are not connected to ground, but to a direct voltage to be supplied to terminal 16 by a third voltage source. A passive resonant circuit or a transformer 11 is included from the point between the impedance 6 and the second electrode 4. The bridge element 2 extends above the second electrode 4 in a rest state and thus forms a first capacitor, and is movable in such a way that when an oscillating voltage is applied to the second electrode 4 via the passively resonant circuit or the transformer 11 performs an oscillating movement, an alternating voltage VAC being generated across the first 3 and the second electrode 4. In this circuit, a movement of the bridge element 2 results in a resistance change 30 in the piezo-resistive layer 9, as a result of which the applied direct voltage VDC is converted into an alternating voltage, which is increased by the passively resonant circuit or the transformer 11. By returning this last voltage to the electrode 4 below the bridge element, the amplitude of the oscillation of the bridge element 2 becomes increasingly larger, until this amplitude is limited by the projecting parts 3. The third electrode 8 can be used for applying of a control voltage to select the oscillator set point.

Fig. 6 toont een uitvoeringsvorm van een piëzo-resistieve oscillatorschakeling 50 volgens de uitvinding, 5 waarbij de amplitude van de oscillatie van de dunne strook, die is uitgevoerd als een bladveer 2, wordt beperkt door de plaatsing van deze bladveer 2 zodanig te kiezen dat deze niet in contact kan komen met de tweede elektrode 4. De uitwijking van de bladveer 2 wordt in deze schakeling begrensd door de 10 vorm van het elektrische veld ter plaatse van het uiteinde van de bladveer 2, welk veld wordt bepaald door de geometrie van de bladveer 2 en de tweede elektrode 4.FIG. 6 shows an embodiment of a piezo-resistive oscillator circuit 50 according to the invention, in which the amplitude of the oscillation of the thin strip, which is designed as a leaf spring 2, is limited by choosing the placement of this leaf spring 2 so that it does not may come into contact with the second electrode 4. The deviation of the leaf spring 2 in this circuit is limited by the shape of the electric field at the end of the leaf spring 2, which field is determined by the geometry of the leaf spring 2 and the second electrode 4.

Benadrukt wordt dat de hierboven beschreven uitvoeringsvoorbeelden dienen ter toelichting, niet ter 15 beperking van het kader van de uitvinding. Binnen de uitvindingsgedachte zijn voor de vakman andere uitvoeringvormen te realiseren.It is emphasized that the exemplary embodiments described above are for the purpose of explanation, not to limit the scope of the invention. Other embodiments can be realized by those skilled in the art within the inventive idea.

De piëzo-resistieve laag op de beweegbare dunne film in de piëzo-resistieve oscillator is zowel als afzonderlijke 20 laag aan te brengen, als te implanteren in de beweegbare dunnen film. Ook is het mogelijk de beweegbare dunne film integraal te vervaardigen uit een piëzo-resistief materiaal.The piezo-resistive layer on the movable thin film in the piezo-resistive oscillator can be provided as a separate layer as well as implanted in the movable thin film. It is also possible to manufacture the movable thin film integrally from a piezo-resistive material.

De beweegbare dunne film in een MEMS-oscillator in een oscillatorschakeling volgens de uitvinding is bijvoorbeeld te 25 realiseren als een aan één uiteinde opgehangen bladveer, als een aan twee uiteinden gedragen brug of als een membraan, welke dunne film zowel in het vlak als uit het vlak van het substraat kan bewegen.The movable thin film in a MEMS oscillator in an oscillator circuit according to the invention can for instance be realized as a leaf spring suspended at one end, as a bridge carried at two ends or as a membrane, which thin film both in the plane and out of the surface of the substrate.

Claims

An oscillator circuit (10, 20, 30, 40, 50) for generating an alternating voltage (VAC), characterized by an oscillator according to a micro-electromechanical system (MEMS oscillator) to be produced as an integrated circuit.

Oscillator circuit (10, 20, 30, 40, 50) according to claim 1, characterized in that the MEMS oscillator comprises at least one substrate (1) on which are arranged - one parallel to the substrate (1) and spatially first strip (2) of a thin film of an electrically conductive material extending therefrom, - a first electrode (3), - a second electrode (4) spatially separated from the first strip (2) for being impedance thereon ( 6) applying a direct voltage (VDC), 15. wherein a direct voltage (VDC) applied via the impedance (6) to the second electrode (4) an alternating voltage (VAC) across the first (3) and the second electrode (4) generates.

Oscillator circuit (10) according to claim 2, characterized in that the first strip (2) is electrically coupled to the first electrode (3), extends in a rest state above the second electrode (4) and therewith a first capacitor and is movable in such a way that the first strip (2) when applying a direct voltage (VEC) to the second electrode (4) via the impedance (6) and the charging of the first capacitor as a result thereof attracted by the second electrode (4), a voltage (VA (;) increasing from a certain initial value being produced across the first (3) and the second electrode (4) until an electrical contact between the first strip (2) and the second electrode (4) is formed, the first capacitor being discharged, the first strip (2) returning to its resting state and the voltage across the first (3) and the second electrode (4) falling back to its initial value.

Oscillator circuit (20) according to claim 2, characterized in that the second electrode (4) is formed by a second strip (4) of a thin film of a thin film parallel to the substrate (1) and spatially separated therefrom electrically conductive material, which second strip (4) extends to the first strip (2) and thus forms a first capacitor, wherein by applying a direct voltage (VDC) to the second electrode (4) via the impedance (6) first capacitor is charged, as a result of which a voltage (Vac) increasing from a certain initial value (Vac) arises over the first (3) and the second electrode, until a spark-over (13) between the first (2) and the second strip ( 4) takes place, the first capacitor being discharged and the voltage (VA (;) across the first (3) and the second electrode (4) falling back to its initial value.

Oscillator circuit (10, 20) according to one of claims 2-4, characterized in that it comprises a second capacitor (7) connected in parallel to the first capacitor.

Oscillator circuit (30) according to claim 2, characterized in that the first strip (2) extends above the second electrode (4) in a rest state and forms a first capacitor therewith, and is movable in such a way that the first strip (2) when applying a direct voltage (VDC) to the second electrode (4) via the impedance (6) and charging the first capacitor as a result thereof is attracted by the second electrode (4), the first (3) and the second electrode (4) a voltage (VAC) increasing from a certain initial value is produced, until a field emission discharge takes place between the first strip (2) and the second electrode (4), the first capacitor is discharged and the voltage (VAC) across the first (3) and the second electrode (4) falls back to its initial value.

Oscillator circuit (40, 50) according to claim 2, characterized in that it is provided with a passive resonant circuit or a transformer (11) arranged between the first strip (2) and the second electrode (4) and strip (2) is provided with a layer (9) of a piezo-resistive material, which extends in a rest state above the second electrode (4) and thus forms a first capacitor, and is movable in such a way that the first strip (2) when a d.c. voltage (VEC) is applied to the second electrode (4) via the impedance (6) and the passively resonant circuit or the transformer (11), an oscillating movement is carried out, the first (3) and 10 the alternating voltage (VAC) is generated in the second electrode (4).

8. An oscillator circuit (30, 40, 50) as claimed in any of the claims 6-7, characterized in that it is provided with at least a third electrode (8) over which the first strip (2) 15 extends in a rest state, for applying a control voltage thereto for controlling the amplitude of the alternating voltage (VAC) to be generated ·

Oscillator circuit (10, 20, 30, 40, 50) according to one of claims 2 to 8, characterized in that the electrically conductive material of the first strip (2) is selected from the group of materials aluminum (A1), polycrystalline silicon (Si), doped polycrystalline silicon, carbon (C), SiC, germanium (Ge), germanium-silicon alloys, titanium (Ti), titanium nitrides, nickel (Ni), copper (Cu,) tantalum (Ta), tungsten ( W), gold (Au) and stacks of at least two of these materials.