專利名稱：電氣耦合機(jī)械帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于帶通濾波器領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及應(yīng)用于存儲(chǔ)器陣列中多元尋址系統(tǒng)的電氣耦合機(jī)械帶通濾波器。
對(duì)于檔案存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)只需要向存儲(chǔ)器中寫一次。優(yōu)選地存儲(chǔ)器應(yīng)該具有較短的毫秒級(jí)的存取時(shí)間和中等的傳輸速度，例如每秒2MB。優(yōu)選地，存儲(chǔ)器應(yīng)該能夠和很多種工業(yè)級(jí)平臺(tái)和模塊接口。
滿足這一需要的應(yīng)用涉及使用一次寫入式交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器。在交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列中，形成一個(gè)存儲(chǔ)元件矩陣，每個(gè)存儲(chǔ)元件包括一個(gè)熔絲或反熔絲和一個(gè)串聯(lián)二極管。存儲(chǔ)元件由布置在正交的導(dǎo)線或電極之間的多個(gè)半導(dǎo)體和絕緣層組成。
在2001年6月5日提交的題為“一次寫入存儲(chǔ)器”的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)No.09/875,356中描述了一種利用一次寫入交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列提供便攜設(shè)備中高密度檔案存儲(chǔ)器的應(yīng)用，該申請(qǐng)的內(nèi)容在此引作參考。其中披露的存儲(chǔ)系統(tǒng)稱為便攜式廉價(jià)耐用存儲(chǔ)器(PIRM)，為檔案存儲(chǔ)器提供了高容量低價(jià)位的一次寫入存儲(chǔ)器。通過(guò)取消硅基片，簡(jiǎn)化加工復(fù)雜性和降低面密度，部分達(dá)到了這一目標(biāo)。存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一個(gè)存儲(chǔ)模塊，該存儲(chǔ)模塊由構(gòu)造在薄膜塑料基片上的集成電路層疊加而成。每一層包括一個(gè)交叉點(diǎn)二極管存儲(chǔ)陣列，讀取陣列中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)由遠(yuǎn)離存儲(chǔ)模塊的獨(dú)立的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
因?yàn)镻IRM存儲(chǔ)器相對(duì)比較便宜，用戶可能會(huì)擁有大量存儲(chǔ)不同內(nèi)容的PIRM模塊。重要的是能夠以一種直接和相對(duì)便宜的工藝制造和裝配存儲(chǔ)模塊，這一過(guò)程可以最小化對(duì)精度的要求，最大化信息存儲(chǔ)密度和簡(jiǎn)化尋址以及讀寫功能。
PIRM存儲(chǔ)系統(tǒng)可能的最便宜的實(shí)現(xiàn)方法是這樣的，其中，控制器和其它可重復(fù)使用的電子元件是嵌入用戶的產(chǎn)品或者位于插入存儲(chǔ)卡插槽的適配器上。PIRM存儲(chǔ)模塊通過(guò)專有的接口和控制器連接。該系統(tǒng)的主要問(wèn)題構(gòu)成控制器和存儲(chǔ)模塊之間連接的設(shè)備可能包括大量連接，約120種或更多，這對(duì)壓縮的高密度存儲(chǔ)設(shè)備是難以克服的挑戰(zhàn)。因此需要多元尋址方法來(lái)減少存儲(chǔ)陣列的外部連接，例如時(shí)分多路和頻分多路尋址方法。
在未決的美國(guó)專利申請(qǐng)(HP概略數(shù)為10007561)“減少與PIRM存儲(chǔ)模塊連接的方法”中描述了一種用頻分多路方法充分減少存儲(chǔ)設(shè)備間的連接的系統(tǒng)，該申請(qǐng)題的內(nèi)容在此引作參考。在該系統(tǒng)中，存儲(chǔ)元件的地址分散在預(yù)定頻譜中從而在單個(gè)輸入/輸出線上快速傳遞多重存儲(chǔ)器尋址。為了使用這一系統(tǒng)，多重地址必須根據(jù)分配的頻率通過(guò)把地址分離才能訪問(wèn)。
因此，需要一種帶通濾波系統(tǒng)才能夠根據(jù)PIRM存儲(chǔ)設(shè)備地址的不同頻率來(lái)訪問(wèn)其不同地址。該帶通濾波器必須非常靈敏，才能確定頻率的微小變化，從而在一個(gè)相對(duì)小的頻譜內(nèi)包括大量地址。而且，該帶通濾波器必須很小(微米范圍)，很容易在薄膜狀或卷進(jìn)卷出(roll-to-roll)塑料基片上構(gòu)造并能夠和基片上其它小型PIRM類裝置相互作用。
在PIRM環(huán)境中，簡(jiǎn)單的RC帶通濾波器由于其不可接受的高功耗是不適用的。這類濾波器還具有20db每十倍的衰減率，這對(duì)于提供用來(lái)尋址PIRM陣列所需的在給定頻譜上的必需的信號(hào)數(shù)來(lái)說(shuō)太低了。使用晶體管元件的有源濾波器一般太貴。LCR濾波器可以設(shè)計(jì)用于PIRM，但是制作便宜且緊湊的電感很難，看起來(lái)也不可行。
以上問(wèn)題的一種解決方法可以是采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的帶通濾波器。在美國(guó)專利No.3,803,521(Hetzel)中示出了一個(gè)電控機(jī)械帶通濾波器的實(shí)例，其中用電磁轉(zhuǎn)換器把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或者相反，從而濾出所需的頻率。在美國(guó)專利No.3,686,593(Zakaria)中示出另一種使用靜電電控機(jī)械諧振器的應(yīng)用，其中一個(gè)振動(dòng)簧片被它本身和輸出電極之間的靜電力驅(qū)動(dòng)，輸出由簧片和輸出電極之間的電容變化來(lái)表示。Hetzel和Zarkaria系統(tǒng)設(shè)計(jì)于70年代，由于現(xiàn)代科技例如PIRM的發(fā)展而變得過(guò)時(shí)了。而且，Zakarian電路利用電容之間氣隙的變化產(chǎn)生輸出信號(hào)。這種方法導(dǎo)致力和位移之間的非線性關(guān)系，使得很難穩(wěn)定運(yùn)行。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，在基片上制作的電耦合機(jī)械帶通濾波器包括第一塊(mass)和第二塊，每一塊優(yōu)選地至少在相對(duì)于基片和另一塊的方向上可獨(dú)立移動(dòng)。第一彈簧元件有一端連接在基片上，另一端連接在第一塊上。
第二彈簧元件有一端連接在第一塊上，另一端連接在第二塊上。提供一個(gè)輸入轉(zhuǎn)換器來(lái)接收輸入頻率并向第一塊施加一個(gè)輸入力，輸入力在第一塊運(yùn)動(dòng)的方向上有一個(gè)分量，輸入力受輸入頻率影響。一個(gè)輸出轉(zhuǎn)換器與第一和第二塊相連來(lái)提供輸出頻率，該頻率受第一塊和第二塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)影響。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括帶通濾波基片上的振蕩器頻率的方法，該基片通常具有第一和第二塊以及第一和第二彈簧元件，每一塊至少可沿著一個(gè)方向獨(dú)立移動(dòng)。第一彈簧元件的一端和第一塊相連，另一端和基片相連。第二彈簧元件的一端和第一塊相連，另一端和第二塊相連。輸入力加在第一塊上，輸入力在第一塊運(yùn)動(dòng)的方向上有一個(gè)分量。輸入力受輸入轉(zhuǎn)換器提供的輸入頻率的影響。輸出頻率通過(guò)與第一和第二塊相連的輸出轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生并受第一和第二塊之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。
下面的詳細(xì)描述將結(jié)合附圖，通過(guò)舉例來(lái)闡明本發(fā)明的其他方面以及優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是一個(gè)概要的草圖，說(shuō)明依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的電控機(jī)械帶通濾波器元件之間的關(guān)系；圖2是一個(gè)簡(jiǎn)化的電路圖，描述圖1中概要示出的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案；圖3是圖1中概要示出的本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的簡(jiǎn)化示意圖；圖4是一個(gè)依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的帶通濾波器響應(yīng)的圖形表示；圖5是一個(gè)依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的帶通濾波器響應(yīng)的圖形表示；圖6是一個(gè)依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的帶通濾波器響應(yīng)的圖形表示；發(fā)明詳述參考圖1，簡(jiǎn)略說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的電控機(jī)械帶通濾波器10的元件之間的關(guān)系。
帶通濾波器由一個(gè)二階機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括第一塊14，如圖所示通過(guò)第一彈簧元件16和基片12連接起來(lái)。第二塊18通過(guò)第二彈簧元件20和第一塊14連接起來(lái)。塊14和18可以自由地沿著至少一個(gè)共同的方向21相對(duì)于基片12運(yùn)動(dòng)。
機(jī)械濾波器系統(tǒng)10的輸入是沿著共同的方向21施加到第一塊14上的周期的力22。力22優(yōu)選地通過(guò)一個(gè)傳統(tǒng)的靜電轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有示出)來(lái)施加，轉(zhuǎn)換器接收一個(gè)變化的輸入頻率并把它轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于輸入頻率的變化的輸出力22。
機(jī)械式濾波器系統(tǒng)10的輸出基于塊14和塊18之間的距離26的變化。這個(gè)輸出被一個(gè)傳統(tǒng)的靜電轉(zhuǎn)換器(沒(méi)有示出)感知并把距離的變化x轉(zhuǎn)換成電子輸出信號(hào)。
在運(yùn)行中，在很低的頻率，塊14在x方向上緩慢運(yùn)動(dòng)。塊18與塊14一致運(yùn)動(dòng)，使塊之間的距離26不變，輸出信號(hào)為零。在頻譜的另一端，頻率很高時(shí)，塊14的慣性超過(guò)了力22，塊14不會(huì)運(yùn)動(dòng)，塊18也不運(yùn)動(dòng)。因而在高頻時(shí)輸出信號(hào)也是零。在中間的頻率，塊18有滯后于塊14的趨勢(shì)，導(dǎo)致了塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣距離26就改變了。因此就產(chǎn)生了輸出信號(hào)。在其中產(chǎn)生顯著輸出信號(hào)的范圍就定義了通頻帶，在通頻帶兩側(cè)輸出信號(hào)衰減的程度被不同因素控制，這里將討論這些因素并定義通頻帶頻率窗口的形狀。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，電信號(hào)靜電耦合到通頻帶系統(tǒng)。有很多種可能的電極配置提供必要的耦合。輸入通過(guò)導(dǎo)體和絕緣體任意裝置耦合到系統(tǒng)，這種裝置在第一塊運(yùn)動(dòng)時(shí)能導(dǎo)致電容變化而機(jī)械帶通濾波器系統(tǒng)的其他運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起電容變化。相似地，輸出信號(hào)通過(guò)絕緣體和導(dǎo)體裝置提供，這種裝置只響應(yīng)兩塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使電容發(fā)生變化。
可選地，除了靜電耦合，其他電子耦合機(jī)制也可以在本發(fā)明范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。例如，壓電轉(zhuǎn)換器可以用在輸入或輸出或者輸入輸出都用，這樣在輸入施加一個(gè)信號(hào)和/或在輸出產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)與加在壓電轉(zhuǎn)換器上的壓力成比例。另一個(gè)可選的實(shí)施方案可以使用駐極體作為轉(zhuǎn)換器，從而當(dāng)電場(chǎng)加在駐極體時(shí)，電荷被限制在影響輸入輸出信號(hào)的材料上。
圖2表示依照本發(fā)明的帶通濾波器30的元件的示意方案。如上所述，塊32通過(guò)彈簧33耦合到基片36，并至少在x方向上有運(yùn)動(dòng)范圍。塊38通過(guò)彈簧39和塊32連接起來(lái)，也至少在x方向上有運(yùn)動(dòng)的范圍。塊32和38是由具有具體磁導(dǎo)率(ε)的絕緣材料制成的。輸入信號(hào)Vi由振蕩器40產(chǎn)生，從而施加一個(gè)可以克服塊32和彈簧33的慣性的力，導(dǎo)致32沿著x方向的運(yùn)動(dòng)，振蕩器40通過(guò)電極板42和塊32的內(nèi)在電容耦合。單元44(C1)代表系統(tǒng)加在塊32上的阻尼。
塊32的運(yùn)動(dòng)通過(guò)彈簧39傳遞到塊38，導(dǎo)致塊38沿著x方向運(yùn)動(dòng)。輸出裝置47包括和塊38的電容相互作用的電極板48。塊38相對(duì)于輸出裝置47的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了電池49產(chǎn)生的電池電壓VB的變化，從而產(chǎn)生在電極板48上周期性輸出電壓V0。塊32通過(guò)機(jī)械連接34和輸出裝置47固定在一起，這樣塊32的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致輸出裝置47的可比運(yùn)動(dòng)。單元44(C2)代表系統(tǒng)加在塊38上的阻尼。
因此，輸出信號(hào)VB只有在塊38相對(duì)于塊32運(yùn)動(dòng)，從而相對(duì)于輸出裝置47運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)變化。
圖2中所示的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)公式如下(1)...M1X..1=-K1X1-K2(X1-X2)-C1X.1-C2(X.1-X.2)+F1]]>(2)...M2X..2=-K2X2-C2(X.1-X.2)+F2+K2X1]]>然后作用在塊32(M1)上的力F1可以從簡(jiǎn)單的靜電理論導(dǎo)出如下F1dU1dx≈ddx(1/2CVi2)]]>(3)......F1≈Vi22(ϵ-ϵ0d)w]]>其中ε是間隙中的材料的磁導(dǎo)率，ε0是自由空間的磁導(dǎo)率，w是電極板的寬度，d是電極板42和48之間的間隙。
F2和V0的計(jì)算通過(guò)電極板48的電容結(jié)合在一起。
對(duì)于守恒系統(tǒng)dU＝Vdq-fdξ(4)ξ＝X2-X1(塊的相對(duì)位移)假設(shè)V有很小的變化，把等式表示成時(shí)間的函數(shù)V2/2dc/dξdξ/dt＝Vdq/qt-fdξ/dtV2/2dc/dξ2dξ2/dt＝Vdq/qt-fdξ2/dtdc/dξ2＝(ε-ε0)w2/d2dq/dt＝-iF2≌V2/2(ε-ε0)w2/d2Vi＝V2(ε-ε0)w2/d2dξ/dti＝V(ε-ε0)w2/d2dξ/dt由于V＝V0-VB以及V0＝iR，所以(5)V0＝-VB(R(ε-ε0)w2/d2dξ/dt)/(1-R(ε-ε0)w2/d2dξ/dt)(6)F2≌VB2(ε-ε0)w2/2d2(1-R(ε-ε0)w2/d2dξ/dt)等式(1)，(2)，(3)，和(6)表示的電控機(jī)械系統(tǒng)可以結(jié)合起來(lái)提供系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，作為關(guān)于外加輸入電壓Vi和穩(wěn)定的電池電壓VB的時(shí)間函數(shù)。
那么，輸出電壓V0可以通過(guò)將ξ＝X2-X1(等式4)代入等式5得出。
如等式(3)所示加到塊32上的力F1和加到輸入電容44上的電壓Vi的平方對(duì)應(yīng)。這樣塊38就以兩倍于振蕩器輸入頻率的頻率被驅(qū)動(dòng)。如上所述，電壓輸出V0和塊32和38之間的相對(duì)速度成比例，因此輸出電壓也以兩倍于輸入頻率的頻率響應(yīng)。這會(huì)向帶通濾波器提供一個(gè)倍乘因子，影響通頻帶的形狀，下文將討論此點(diǎn)。
濾波器的通頻帶決定于系統(tǒng)的機(jī)械諧振。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，其中塊32和38相等，彈簧元件33和39的倔強(qiáng)系數(shù)相同，阻尼作用很小，通帶由下式?jīng)Q定(7)...F0=3±52km]]>其中F0是輸出頻率，單位為周每秒，K是第一和第二彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)，單位牛頓每米，m是第一和第二塊的質(zhì)量，單位千克。
可以理解塊和彈簧系數(shù)是可以改變的，兩塊可以有不同的質(zhì)量，兩個(gè)彈簧可以有不同的倔強(qiáng)系數(shù)，這取決于濾波器的規(guī)格要求。而且，通過(guò)增加其他靜電元件來(lái)響應(yīng)外加電壓改變?cè)木髲?qiáng)系數(shù)或質(zhì)量，可以使帶通濾波器電可編程。當(dāng)兩塊質(zhì)量和兩個(gè)彈簧不同時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以導(dǎo)出更一般化的等式來(lái)確定輸出頻率。
一種選擇可以向定向(beam)彈簧施加張力，使倔強(qiáng)系數(shù)隨著張力負(fù)荷的立方而增加。另一種選擇是提供一個(gè)具有有效長(zhǎng)度的懸臂彈簧，有效長(zhǎng)度隨著靜電壓力而改變。這種情況下，彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)和有效長(zhǎng)度的立方成比例。通頻帶的平滑度決定于系統(tǒng)固有頻率的間隔和機(jī)械系統(tǒng)的阻尼。典型地，水平振蕩器的靜電諧振Q大約是30。
在圖2所示系統(tǒng)中塊32和38假設(shè)是用絕緣材料制成的。在這種情況下，等式3表明產(chǎn)生的力是下列各量的函數(shù)塊的磁導(dǎo)率(ε)，空氣的磁導(dǎo)率(ε0)，電容器極板的寬度(w)，電極板之間的距離(d)。換句話說(shuō)，忽略因數(shù)(Vi2/2)(8).....FX≈(ϵ-ϵ0)wd]]>作為可選，如果塊是導(dǎo)體，臨界氣隙變成了電極板32或48(d)之間的空間，只有空氣的導(dǎo)磁率被考慮。這樣產(chǎn)生的力的等式變成(9)......FX≈ϵ0wd]]>現(xiàn)在看圖3，示出本發(fā)明帶通濾波器的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施系統(tǒng)50。系統(tǒng)50有一個(gè)輸入級(jí)52和一個(gè)輸出級(jí)54。在輸入級(jí)，塊56(M1)被彈簧元件60(K1)固定在基片58上。一個(gè)表面驅(qū)動(dòng)振蕩器62通過(guò)電容極板53向輸入級(jí)52提供輸入頻率，電容極板在塊56兩側(cè)各一塊，圖中只示出一塊。輸出級(jí)54包括齒狀驅(qū)動(dòng)64，64由塊56和塊66(M2)的交錯(cuò)的齒構(gòu)成。塊66通過(guò)彈簧元件68(K2)和塊56連接。優(yōu)選地，彈簧元件60和68是彈簧片，和塊56和66在同一個(gè)制作過(guò)程中一起制成。
在這個(gè)系統(tǒng)中，塊56和66假設(shè)是導(dǎo)體，因此公式(9)適用，其中輸入力的關(guān)鍵間隙(d)是輸入電極之間的空間。對(duì)于利用公式(9)計(jì)算輸出力來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵間隙(d)是齒狀驅(qū)動(dòng)64的齒間氣隙或交錯(cuò)的齒間間隙乘以交錯(cuò)的齒數(shù)，w是各交錯(cuò)的齒寬度。
輸出電壓V0取自和一個(gè)電池電壓VB串聯(lián)連接在塊56和66之間的電阻72上。齒狀驅(qū)動(dòng)64作為塊56和66之間的可變電容，在兩塊沿著70方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)改變電容。齒狀驅(qū)動(dòng)64電容的改變使電阻72上的輸出電壓V0改變。這樣，就產(chǎn)生了具有在期望的頻率帶寬范圍內(nèi)的頻率的輸出電壓。
如上所述，輸出電壓V0的頻率和輸入頻率的兩倍成比例。從而，選擇合適的輸入頻率以使輸入頻率的兩倍是所需的輸出頻率。
現(xiàn)在參看圖4，通頻帶以外的衰減對(duì)于兩塊的相對(duì)位置來(lái)說(shuō)漸進(jìn)達(dá)到每十倍40db。系統(tǒng)的電氣輸出和兩塊的相對(duì)速度成比例。因此，如圖中所示，從輸入電壓到輸出電壓的傳遞函數(shù)在進(jìn)入側(cè)80以60db每十倍的斜率進(jìn)入通頻帶，而在離開(kāi)側(cè)82以20db每十倍的斜率離開(kāi)通頻帶。類似地，從輸入電流到輸出電流的傳遞函數(shù)以20db每十倍的斜率進(jìn)入通頻帶，以60db每十倍的斜率離開(kāi)通頻帶。因此，通頻帶圖形是不對(duì)稱的，而一些應(yīng)用中需要對(duì)稱的圖形。
有幾種方法改善傳遞函數(shù)的對(duì)稱性。一種方法是在濾波器前增加一個(gè)在通頻帶內(nèi)具有截止頻率的無(wú)源RC低通或高通濾波器。因?yàn)檩斎腚妷鹤鳛闄C(jī)械式振蕩器的輸入時(shí)被平方，這種方法可以用來(lái)提供對(duì)稱通頻帶的濾波器，在通頻帶的進(jìn)入側(cè)84和離開(kāi)側(cè)86兩側(cè)都以60db每十倍離開(kāi)，如圖5所示。雖然這種通帶圖形很理想，但是增加的RC濾波器給系統(tǒng)增加了不允許的功耗。
在本申請(qǐng)中，濾波器用來(lái)從信號(hào)被混合的公用線上提取信號(hào)。因?yàn)樾盘?hào)是已知的可控制輸入信號(hào)，它們的振幅可以調(diào)節(jié)使得輸出信號(hào)具有期望的形狀。如果輸入振幅用頻率的平方根調(diào)整，假設(shè)公用線上沒(méi)有其他干擾源，信號(hào)就可以對(duì)稱地被辨別出來(lái)，這樣濾波器就有了對(duì)稱的40db每十倍的衰減，在通頻帶輸入90處上升，在通頻帶輸出92處下降。在這種情況下，任何白噪聲會(huì)不對(duì)稱地被過(guò)濾。但是，功耗比增加無(wú)源濾波器要小得多。
下文解釋為什么根據(jù)輸入頻率的平方根 調(diào)節(jié)輸入使有效的帶通頻率響應(yīng)對(duì)稱。沒(méi)有調(diào)整的濾波器的傳遞函數(shù)以+60dB/dec的斜率進(jìn)入通頻帶，以-20dB/dec的斜率離開(kāi)通頻帶。如果傳遞函數(shù)乘以1/ω，它將在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)把振幅減少20dB/dec，因而使得帶通濾波器響應(yīng)以+40dB/dec的斜率進(jìn)入通頻帶，以-40dB/dec的頻率離開(kāi)通頻帶。這正是所需的使得通帶圖形對(duì)稱的頻率響應(yīng)。因?yàn)檩斎胄盘?hào)是已知的和可控制的，它們的振幅可以根據(jù)和 成比例的因數(shù)調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到所需效果。如前文所述，輸出電壓的振幅依賴于輸入電壓振幅的平方，也就是V0∝Vi2F(ω)，其中V0是輸出振幅，Vi是輸入振幅，F(xiàn)(ω)是傳遞函數(shù)中依賴于頻率的部分。用 調(diào)整輸入具有將輸入函數(shù)除以因數(shù)ω同樣的效果V0∝(Viω)2F(ω)=ViF(ω)ω]]>圖6示出上述系統(tǒng)的仿真頻率響應(yīng)。假設(shè)沒(méi)有增加無(wú)源元件以形成輸入預(yù)-濾波器，輸入阻抗將由用來(lái)使機(jī)械系統(tǒng)更精確的齒狀或表面驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容決定。這些結(jié)構(gòu)將具有一個(gè)皮法或更少的電容。
本發(fā)明的帶通濾波器的另一個(gè)有用的特點(diǎn)是它能提供輸入和輸出電路之間完全的電絕緣。輸入和輸出電路是完全分離的。濾波器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)可能如圖3所示，當(dāng)用共同的導(dǎo)體基片構(gòu)成輸入和輸出電容器的一部分時(shí)，輸入和輸出就電氣耦合在一起了。但是，這是一種設(shè)計(jì)選擇而不是本發(fā)明概念的限制。
雖然以上實(shí)施方案代表本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)本說(shuō)明書和所附權(quán)利要求或者本發(fā)明公開(kāi)實(shí)施方案的實(shí)踐，其他實(shí)施方案也是顯然的。該說(shuō)明書和實(shí)施方案目的只在于舉例說(shuō)明，本發(fā)明將由權(quán)利要求及其等效方案確定。
權(quán)利要求
1.一個(gè)構(gòu)造在基片上的電耦合的機(jī)械帶通濾波器，包括第一和第二塊(32，38)，每一塊在一個(gè)方向上可獨(dú)立地相對(duì)于基片和另一塊運(yùn)動(dòng)；第一彈簧元件(33)，一端連接在基片(36)上，另一端連接在第一塊(32)上；第二彈簧元件(36)，一端連接在第一塊(32)上，另一端連接在第二塊(38)上；輸入轉(zhuǎn)換器(40，42)，用來(lái)接收輸入頻率和把輸入力施加到第一塊(32)上，輸入力在第一塊(32)運(yùn)動(dòng)的方向上有一個(gè)分力，輸入力受輸入頻率的影響；輸出轉(zhuǎn)換器(48，49)和第一和第二塊(32，38)相連來(lái)提供受第一和第二塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)影響的輸出頻率。
2.權(quán)利要求1的帶通濾波器，其中第一和第二塊(56，66)包括一個(gè)帶有互相交錯(cuò)的齒的齒狀驅(qū)動(dòng)(64)，其中第一和第二塊之間的相互運(yùn)動(dòng)由齒狀驅(qū)動(dòng)(64)的電容的變化決定。
3.權(quán)利要求1的帶通濾波器，其中輸入轉(zhuǎn)換器(40，42)包括一個(gè)振蕩器(40)來(lái)產(chǎn)生輸入頻率，振蕩器(40)和第一塊(32)容性耦合來(lái)對(duì)應(yīng)于輸入頻率移動(dòng)第一塊(32)。
4.權(quán)利要求3的帶通濾波器，其中輸出轉(zhuǎn)換器(48，49)包括一個(gè)電氣輸出元件(42)和第一塊機(jī)械連接在一起，并且和第二塊(38)容性耦合在一起來(lái)產(chǎn)生輸出頻率。
5.權(quán)利要求1的帶通濾波器，其中輸入轉(zhuǎn)換器(40，42)和輸出轉(zhuǎn)換器(48，49)電絕緣。
6.權(quán)利要求1的帶通濾波器，其中輸入頻率的振幅用輸入頻率的平方根進(jìn)行調(diào)整。
7.過(guò)濾基片(36)上的振蕩器(40)的頻率的方法，基片(36)通常具有第一和第二塊，每一塊都獨(dú)立地在至少一個(gè)方向上可移動(dòng)，還包括第一和第二彈簧元件(33，39)包括第一彈簧元件(33)的一端連接到第一塊(32)上，第一彈簧元件(33)的另一端連接到基片(36)上；第二彈簧元件(39)的一端連接到第一塊(32)上，第二彈簧元件(39)的另一端連接到第二塊(38)上；向第一塊(32)施加一個(gè)受輸入轉(zhuǎn)換器(40，42)提供的輸入頻率影響的力，這個(gè)輸入的力在第一塊(32)運(yùn)動(dòng)的方向上有一個(gè)分力；通過(guò)和第一和第二塊(32，38)有關(guān)的輸出轉(zhuǎn)換器(48，49)產(chǎn)生一個(gè)受第一和第二塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)影響的輸出頻率。
8.權(quán)利要求7的方法，其中輸入頻率由一個(gè)輸入振蕩器(40)產(chǎn)生，并且包括振蕩器(40)和第一塊(32)的容性耦合來(lái)相對(duì)于輸入頻率移動(dòng)第一塊(32)。
9.權(quán)利要求7的方法，還包括輸出轉(zhuǎn)換器(48，49)和第一塊(32)的機(jī)械連接以及輸出轉(zhuǎn)換器(48，49)和第二塊(38)的容性耦合來(lái)產(chǎn)生輸出頻率。
10.權(quán)利要求7的方法，還包括根據(jù)輸入頻率的平方根來(lái)調(diào)整輸入頻率的振幅。
全文摘要
本發(fā)明提供了用在PIRM存儲(chǔ)器陣列中的電控機(jī)械帶通濾波器，利用靜電耦合的微諧振器作為濾波器，實(shí)現(xiàn)微電控機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)，其中大量的微小的微動(dòng)子構(gòu)造在單個(gè)基片上。本發(fā)明的系統(tǒng)提供了一種窄帶濾波器，具有急劇衰減的頻率，典型地每十倍頻衰減40db，還有高阻抗，可以用簡(jiǎn)單、低溫、不包括集成電路的便宜的工藝實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H03H5/12GK1395366SQ02125150
公開(kāi)日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者C·P·陶斯格 申請(qǐng)人:惠普公司