MEMS设备和用于操作MEMS设备的方法与流程

本公开的实施例涉及mems(微型机电系统)设备，诸如包括压电换能器和可偏转结构的mems设备。另外的实施例涉及用于操作mems设备的方法。具体地，实施例涉及用于抵消可偏转结构的偏转的装置和方法，诸如压电换能器的力反馈控制。

背景技术：

1、流体(例如气体(如空气)或液体)中的压力和压力变化可通过测量与流体接触的偏转结构的偏转来确定。该原理常常应用于麦克风和压力传感器。麦克风使得能够将由声波引起的偏转结构的偏转转化成电信号。这类偏转结构通常具有优选的操作位置，其中偏转结构的过度偏转会导致其性能受损。减少偏转的一种方式是增加偏转结构的刚性。然而，较硬的偏转结构往往具有不利的信噪比(snr)。

2、因此，在偏转结构设备领域中存在用于减少可偏转结构的偏转的需要。

3、这类需求可通过根据独立权利要求的mems设备来解决。

4、另外，在从属权利要求中定义了mems设备的具体实施方式。

技术实现思路

1、根据一个实施例，提供了一种mems设备。mems设备包括具有至少第一压电换能器区域的压电换能器元件，并且包括可偏转结构，其中可偏转结构包括压电换能器元件。mems设备还包括控制电路系统，该控制电路系统被配置为基于可偏转结构的偏转，从压电换能器元件的第一区域至少读出第一传感器信号(例如，第一电压信号)。电路系统控件还被配置为从所读出的第一传感器信号中确定控制信号，其中控制信号在被提供给压电换能器元件时对可偏转结构的偏转具有抵消作用。电路系统控件被配置为向压电换能器元件提供控制信号，用于抵消(例如，减少或衰减效应)可偏转结构的偏转。

2、根据另外的实施例，提供了一种用于操作mems设备的方法。mems设备包括至少具有第一压电换能器区域的压电换能器元件、可偏转结构和控制电路系统，其中可偏转结构包括压电换能器元件。该方法包括由控制电路系统执行的以下步骤：基于可偏转结构的偏转，从压电换能器元件的第一区域至少读出第一传感器信号；至少从所读出的第一传感器信号中确定控制信号，其中控制信号在被提供给压电换能器元件时对可偏转结构的偏转具有抵消作用；以及向压电换能器元件提供控制信号，用于抵消可偏转结构的偏转。

3、因此，根据一个实施例，可偏转结构(例如，膜结构)在声压下的偏转可用afe(afe＝模拟前端)来感测，并且可使用(例如，fast＝高带宽)反馈控制回路，该反馈控制回路将控制电压(引起反作用力)施加到mems设备的至少一个压电换能器元件，例如，目的是保持膜结构处于静止状态，并且因此将感测电极处的信号主动地衰减至接近于零。然后，所施加的电压可被解释为“新的”传感器信号(＝用于另外处理的输出信号)。

技术特征：

1.一种mems设备(100)，包括：

2.根据权利要求1所述的mems设备(100)，其中所述控制电路系统(120)包括反馈控制回路(124，125)，所述反馈控制回路用于至少从所读出的所述第一传感器信号(144)中获取所述控制信号(148)，并且用于将所述控制信号(148)施加到所述压电换能器元件。

3.根据权利要求1或2所述的mems设备(100)，其中所述控制电路系统(120)包括反馈控制回路(124，125)，用以向所述压电换能器元件(130)提供作为时间相关信号的所述控制信号(148)，从而主动地衰减所述可偏转结构(110)的所述偏转。

4.根据权利要求2或3所述的mems设备(100)，其中所述控制电路系统(120)包括模拟前端afe电路系统(122)，用于模拟地读出所述传感器信号(144、145)并且向所述反馈控制回路(124、125)提供经处理的模拟信号(152、153)以确定所述控制信号(148)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述控制信号(148)包括指示所述可偏转结构(110)的所述偏转的信息，

6.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述第一换能器区域(140)包括第一读出端子(141)和对电极(142)之间的压电材料(114；114a、114b)，并且所述第二换能器区域(150)包括第二读出端子和所述对电极(142)之间的压电材料(114；114a、114b)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述控制电路系统(120)还被配置为

8.根据前述权利要求中任一项所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器元件(130)包括第二换能器区域(150)，并且其中所述控制电路系统(120)被配置为基于所述可偏转结构(110)的偏转，从所述压电换能器元件(130)的所述第一区域(140)读出所述第一传感器信号(144)，从所述第一传感器信号(144)中确定所述控制信号(148)，以及

9.根据权利要求8所述的mems设备(100)，其中所述控制电路系统(120)被配置为将参考信号(146)施加到对电极(142)。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的mems设备(100)，其中所述控制电路系统(120)被配置为基于所述可偏转结构(110)的偏转，从所述压电换能器元件(130)的所述第一区域(140)读出所述第一传感器信号(144)，从所述第一传感器信号(144)中确定所述控制信号(148)，以及

11.根据权利要求8所述的mems设备(100)，其中所述控制电路系统(120)被配置为在mhz域中实行所述切换。

12.根据权利要求8或11所述的mems设备(100)，其中所述控制电路系统(120)被配置为将参考信号(146)施加到对电极(142)。

13.根据权利要求1至7中任一项所述的mems设备(100)，其中所述压电换能器元件(130)包括第二换能器区域(150)，并且其中所述控制电路系统(120)被配置为基于所述可偏转结构(110)的偏转，从所述压电换能器元件(130)的所述第一区域(140)读出所述第一传感器信号(144)，

14.根据权利要求13所述的mems设备(100)，其中所述第一换能器区域(140)包括第一读出端子(141)和对电极(142)之间的压电材料(114a)，并且所述第二换能器区域(150)包括第二读出端子和所述对电极(142)之间的另外的压电材料(114b)，其中所述第一读出端子(141)和所述对电极(142)之间的所述压电材料(114a)以及所述第二读出端子(141)和所述对电极(142)之间的所述另外的压电材料(114b)包括相反的预极化。

15.一种用于操作mems设备(100)的方法(200)，所述mems设备(100)包括至少具有第一压电换能器区域(140)的压电换能器元件(130)、可偏转结构(110)和控制电路系统(120)，其中所述可偏转结构(110)包括所述压电换能器元件(130)，所述方法包括由所述控制电路系统(120)执行的以下步骤：

技术总结提供了一种MEMS设备和用于操作MEMS设备的方法。该MEMS设备包括具有至少第一压电换能器区域的压电换能器元件和可偏转结构，其中可偏转结构包括压电换能器元件。MEMS设备还包括控制电路系统，该控制电路系统被配置为基于可偏转结构的偏转，从压电换能器元件的第一区域至少读出第一传感器信号。控制电路系统还被配置为从所读出的第一传感器信号中确定控制信号，其中控制信号在被提供给压电换能器元件时对可偏转结构的偏转具有抵消作用。控制电路系统被配置为向压电换能器元件提供控制信号，用于抵消可偏转结构的偏转。技术研发人员：C·布雷特豪尔,A·博格纳,G·博塞蒂,N·德米勒里受保护的技术使用者：英飞凌科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15