温度确定装置、温度确定方法以及微机电系统振荡器与流程

1.本技术涉及微机电系统振荡器技术领域，特别是温度确定装置、温度确定方法以及微机电系统振荡器。


背景技术：

2.温度变化导致的测量差异是微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)振荡器面临的重大挑战之一。现有的降低温度对mems振荡器的影响的方式可以分为两大类，分别为无源补偿或有源补偿。
3.无源补偿包括使用不同温度系数的材料制造mems振荡器，以及使用不同的掺杂材料或者不同掺杂浓度来降低温度依赖性。而有源补偿包括根据当前温度对mems振荡器施加受控电压以改变其结构体中的物理特性，最终对mems振荡器的谐振频率进行补偿。有源补偿虽然可以达到更宽的温度补偿范围，但需要高精度的温度测量。


技术实现要素：

4.本技术提供温度确定装置、温度确定方法以及微机电系统振荡器，能够较为准确地测量微机电系统振荡器的温度。
5.为了解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种温度确定装置，该温度确定装置应用于微机电系统振荡器，该温度确定装置包括：第一电容器，用于输出第一电容值；第二电容器，用于输出第二电容值；耦合单元，分别与第一电容器和第二电容器电连接，用于将第一电容值和第二电容值耦合，得到对应的耦合值，其中，耦合值与微机电系统振荡器的温度成比例；温度确定单元，与耦合单元电连接，用于利用耦合值确定微机电系统振荡器的温度。
6.其中，耦合单元用于利用第二电容值减去第一电容值，得到对应的耦合值。
7.其中，耦合单元用于利用第二电容值与第一电容值之间的比值作为耦合值。
8.其中，耦合单元用于确定第二电容值与第一电容值的电容和，并利用第二电容值与电容和之间的比值作为耦合值。
9.其中，第一电容器和第二电容器为mems电容器。
10.其中，第一电容器的第一电容值与温度负相关，第二电容器的第二电容值与温度正相关。
11.为了解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种微机电系统振荡器，该微机电系统振荡器包括：mems裸片；cmos裸片，与mems裸片电耦合；其中，微机电系统振荡器中设置有如上述技术方案提供的温度确定装置。
12.其中，第一电容器和第二电容器共同设置于mems裸片或cmos裸片；或者，第一电容器和第二电容器中的一者设置于mems裸片，另一者设置于cmos裸片。
13.其中，耦合单元和温度确定单元设置于cmos裸片。
14.为了解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种温度确定方
法，该温度确定方法应用于微机电系统振荡器，该温度确定方法包括：获取第一电容器的第一电容值；以及获取第二电容器的第二电容值；将第一电容值和第二电容值耦合，得到对应的耦合值，其中，耦合值与微机电系统振荡器的温度成比例；利用耦合值确定微机电系统振荡器的温度。
15.本技术的有益效果是：区别于现有技术，本技术的温度确定装置利用电容器的电容值与温度成比例的关系，采用两个电容器对应的耦合值确定微机电系统振荡器的温度，由此，能够较为准确地测量微机电系统振荡器的温度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
17.图1是本技术提供的温度确定装置第一实施例的结构示意图；
18.图2是本技术提供的第一电容、第二电容与温度的对应关系示意图；
19.图3是本技术提供的耦合值与温度的一种对应关系示意图；
20.图4是本技术提供的耦合值与温度的另一种对应关系示意图；
21.图5是本技术提供的第一电容一实施例的结构示意图；
22.图6是本技术提供的第二电容一实施例的结构示意图；
23.图7是本技术提供的温度确定装置第二实施例的结构示意图；
24.图8是本技术提供的微机电系统振荡器一实施例的结构示意图；
25.图9是本技术提供的温度确定方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
28.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
29.参阅图1，图1是本技术提供的温度确定装置第一实施例的结构示意图。该温度确定装置1包括：第一电容器11、第二电容器12、耦合单元13和温度确定单元14。
30.其中，第一电容器11用于输出第一电容值c1。
31.第二电容器12用于输出第二电容值c2。
32.在一些实施例中，参阅图2，第一电容器11的第一电容值c1与温度负相关，即第一电容器11的第一电容值c1随着温度的升高减少。
33.第二电容器12的第二电容值c2与温度正相关，即第二电容器12的第二电容值c2随着温度的升高增加。
34.在一些实施例中，第一电容器11和第二电容器12可以为mems电容器。
35.耦合单元13分别与第一电容器11和第二电容器12电连接，用于将第一电容值c1和第二电容值c2耦合，得到对应的耦合值。其中，耦合值与微机电系统振荡器的温度成比例。
36.其中，耦合单元13采用以下任一方式确定出耦合值：
37.第一种方式：在耦合单元13的耦合期间，耦合单元13用于利用第二电容值c2减去第一电容值c1，得到对应的耦合值。即耦合值＝c
2-c1。该耦合值的示意图可以参阅图3。
38.第二种方式：在耦合单元13的耦合期间，耦合单元13用于利用第二电容值c2与第一电容值c1之间的比值作为耦合值。即耦合值＝c2/c1。该耦合值的示意图可以参阅图4。
39.第三种方式：在耦合单元13的耦合期间，耦合单元13用于确定第二电容值c2与第一电容值c1的电容和，并利用第二电容值c2与电容和之间的比值作为耦合值。即耦合值＝c2/(c1+c2)。
40.温度确定单元14与耦合单元13电连接，用于利用耦合值确定微机电系统振荡器的温度。
41.其中，温度确定单元14与耦合单元13电连接以接收耦合值，温度确定单元14基于该耦合值来确定温度。
42.在一些实施例中，第一电容器11和第二电容器12为mems电容器，具有不同的结构，随着温度升高，第一电容器11发生热膨胀导致第一电容值c1减小，第二电容器12发生热膨胀导致第二电容值c2增加。第一电容器11和第二电容器12可以布置在mems振荡器2内。
43.进一步，结合图5介绍第一电容器11与温度的对应关系。
44.如图5所示，第一电容器11包括第一锚定电极111和第二锚定电极112。其中，第一锚定电极111包括第一电极1112和多个第二电极1111。其中，多个第二电极1111间隔设置于第一电极1112的一侧。
45.第二锚定电极112包括第三电极1122和多个第四电极1121。其中，多个第四电极1121间隔设置于第三电极1122的一侧。
46.具体地，第一电极1112和第三电极1122间隔设置，多个第二电极1111和第四电极1121间隔交叉设置于第一电极1112和第三电极1122之间的间隔区域。其中，第一电极1112靠近第一锚定电极111设置，第三电极1122靠近第二锚定电极112设置。
47.因此，在温度升高时，第一锚定电极111和第二锚定电极112会按照图5中的热膨胀方向移动。
48.基于电容公式c＝εs/4πkd，其中：ε：介质介电电常数(相对介电常数)k：静电力常量，s：两极板正对面积，d：两极板间垂直距离。
49.随着第一锚定电极111和第二锚定电极112会按照图5中的热膨胀方向移动，交叉间隔设置的第二电极1111和第四电极1121之间的正对面积减少，因此第一电容器11的电容
减少。
50.结合图6介绍第二电容器12与温度的对应关系。
51.如图6所示，第二电容器12包括第三锚定电极121和第四锚定电极122。其中，第三锚定电极121包括第五电极1212和多个第六电极1211。其中，多个第六电极1211间隔设置于第五电极1212的一侧。
52.第四锚定电极122包括第七电极1222和多个第八电极1221。其中，多个第八电极1221间隔设置于第七电极1222的一侧。
53.具体地，第五电极1212和第七电极1222间隔设置，多个第六电极1211和第八电极1221间隔交叉设置于第五电极1212和第七电极1222之间的间隔区域。其中，第五电极1212靠近第四锚定电极122设置，第七电极1222靠近第三锚定电极121设置。
54.因此，在温度升高时，第三锚定电极121和第四锚定电极122会按照图6中的热膨胀方向移动。
55.基于电容公式c＝εs/4πkd，其中：ε：介质介电电常数(相对介电常数)k：静电力常量，s：两极板正对面积，d：两极板间垂直距离。
56.随着第三锚定电极121和第四锚定电极122会按照图6中的热膨胀方向移动，交叉间隔设置的第六电极1211和第八电极1221之间的正对面积增加，因此第二电容器12的电容增加。
57.具体地，耦合值与温度成比例，温度确定单元14内预存有耦合值与温度的对应关系，温度确定单元14从耦合单元13接收耦合值依据该对应关系即可确定当前温度。其中，耦合值与温度的对应关系可以由经验数据获取。例如，将该装置置于可确定温度的空间并逐步调节温度以获取多组第一电容值c1和第二电容值c2，并耦合获取耦合值，记录各耦合值所对应的温度以获取耦合值与温度的对应关系，或者利用第一电容器11和第二电容器12的温度系数通过多项式拟合计算电路来获取耦合值与温度的对应关系等。但本技术的实施例不限于此，温度确定单元14也可以在接收耦合值后，通过拟合计算来获得该耦合值对应的温度值。其中，温度确定单元14拟合计算用的相关数值可以预先设置。例如，将该温度确定装置1置于可确定温度的空间并逐步调节温度以获取多组第一电容值c1和第二电容值c2，并耦合获取耦合值，记录各耦合值所对应的温度，通过多组对应的耦合值和温度来进行多项式曲线拟合来获取温度确定单元14拟合计算用的相关数值。
58.在上述实施例中，温度确定装置1利用电容器的电容值与温度成比例的关系，采用两个电容器对应的耦合值确定微机电系统振荡器2的温度，由此，能够较为准确地测量微机电系统振荡器2的温度。
59.进一步，在其他实施例中，参阅图7，为了便于后续利用该温度，温度确定装置1还包括输出单元15，输出单元15与温度确定单元14电连接，以从温度确定单元14获取温度数据并输出。
60.本技术的温度确定装置1可用于测量微机电系统振荡器2的温度。为了精确测量，温度确定装置1可以布置微机电系统振荡器2内。在这种情况下，第一电容器11和第二电容器12可以为mems电容器，通过mems工艺制成。
61.但本技术不限于此，温度确定装置1可作为单独的模块与微机电系统振荡器2连接，例如温度确定装置1通过微机电系统振荡器2的外接端口与微机电系统振荡器2连接，从
而确定当前微机电系统振荡器2所处环境的温度。
62.参见图8，微机电系统振荡器2可以包括mems裸片21和cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)裸片22。mems裸片21和cmos裸片22电耦合。其中，微机电系统振荡器中设置有上述实施例提及的温度确定装置1。
63.在一实施例中，参见图8，mems裸片21与cmos裸片22引线键合(wire bonding)。引线键合采用的导线可以是金线、铜线或其他可实现电连接的金属导线。其中，mems裸片21与cmos裸片22可以如图5堆叠设置，也可以并列设置，也可以交错设置。
64.若mems裸片21与cmos裸片22堆叠设置，则mems裸片21与cmos裸片22可以粘接或焊接的方式堆叠在一起。mems裸片21可以设置在cmos裸片22的中心位置。在一实施例中，mems裸片21与cmos裸片22堆叠设置，二者倒装焊接(flip chip)。倒装焊接可以通过焊点来连通两个裸片无需再设置引线。
65.在一实施例中，上述实施例中的第一电容器11和第二电容器12可以共同布置在mems裸片21上或布置在cmos裸片22上、或者一者布置在mems裸片21上，另一者布置在cmos裸片22上等。
66.在一实施例中，上述实施例中的耦合单元13可以为布置在mems振荡器2内的混合电路。具体地，该混合电路可以布置在cmos裸片22上，并与第一电容器11和第二电容器12连接。该混合电路可以接收第一电容值c1和第二电容值c2以计算获取耦合值。
67.上述实施例中的温度确定单元14可以包括存储器，该存储器布置在cmos裸片22上，且预先存储有耦合值与温度的对应关系，例如对照表等。该存储器与混合电路连接以获取耦合值，并根据耦合值获取当前mems振荡器2的温度。在其他实施例中，温度确定单元14可以包括温度拟合计算电路，温度拟合计算电路中拟合计算用的相关数值可以预先设置，温度拟合计算电路接收耦合值后可利用多项式拟合计算获得该耦合值所对应的温度。
68.上述实施例中的输出单元15可以为布置在mems振荡器2内的输出电路。具体地，该输出电路可以布置在cmos裸片22上，并与温度确定单元14例如存储器或温度拟合计算电路连接。该输出电路可以从温度确定单元14获取当前mems振荡器2的温度并输出给后续逻辑电路。可以理解的是，后续逻辑电路可以接收该温度数据以对mems振荡器2进行补偿，从而使mems振荡器2输出具有期望频率的信号。由此，能够实现对微机电系统振荡器2由于温度偏差引起的频率偏差的补偿。
69.下文是关于温度确定方法的相关描述。
70.参见图9，该用于确定微机电系统振荡器2温度的温度确定方法，包括：
71.s10，获取第一电容器11的第一电容值；以及获取第二电容器12的第二电容值。
72.s20，将第一电容值和第二电容值耦合，得到对应的耦合值，其中，耦合值与微机电系统振荡器2的温度成比例。
73.s30，利用耦合值确定微机电系统振荡器2的温度。
74.其中，该温度确定方法还可以包括：
75.将步骤s30中确定的温度输出。
76.具体过程可以参见上述实施例对温度确定装置1各模块的描述。
77.综上所述，本技术的温度确定装置1利用电容器的电容值与温度成比例的关系，采用两个电容器对应的耦合值确定微机电系统振荡器2的温度，由此，能够较为准确地测量微
机电系统振荡器2的温度。
78.本技术涉及的处理器可以称为cpu(central processing unit，中央处理单元)，可能是一种集成电路芯片，还可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
79.本技术使用的存储介质包括u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
80.在本技术所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
81.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
82.另外，在本技术各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
83.以上所述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种温度确定装置，该温度确定装置应用于微机电系统振荡器，其特征在于，所述温度确定装置包括：第一电容器，用于输出第一电容值；第二电容器，用于输出第二电容值；耦合单元，分别与所述第一电容器和所述第二电容器电连接，用于将所述第一电容值和所述第二电容值耦合，得到对应的耦合值，其中，所述耦合值与所述微机电系统振荡器的温度成比例；温度确定单元，与所述耦合单元电连接，用于利用所述耦合值确定所述微机电系统振荡器的温度。2.根据权利要求1所述的温度确定装置，其特征在于，所述耦合单元用于利用所述第二电容值减去所述第一电容值，得到对应的耦合值。3.根据权利要求1所述的温度确定装置，其特征在于，所述耦合单元用于利用所述第二电容值与所述第一电容值之间的比值作为所述耦合值。4.根据权利要求1所述的温度确定装置，其特征在于，所述耦合单元用于确定所述第二电容值与所述第一电容值的电容和，并利用所述第二电容值与所述电容和之间的比值作为所述耦合值。5.根据权利要求1所述的温度确定装置，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器为mems电容器。6.根据权利要求5所述的温度确定装置，其特征在于，所述第一电容器的所述第一电容值与温度负相关，所述第二电容器的所述第二电容值与温度正相关。7.一种微机电系统振荡器，其特征在于，所述微机电系统振荡器包括：mems裸片；cmos裸片，与所述mems裸片电耦合；其中，所述微机电系统振荡器中设置有如权利要求1-6任一项所述的温度确定装置。8.根据权利要求7所述的微机电系统振荡器，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器共同设置于所述mems裸片或所述cmos裸片；或者，所述第一电容器和所述第二电容器中的一者设置于所述mems裸片，另一者设置于所述cmos裸片。9.根据权利要求7所述的微机电系统振荡器，其特征在于，所述耦合单元和所述温度确定单元设置于所述cmos裸片。10.一种温度确定方法，该温度确定方法应用于微机电系统振荡器，其特征在于，所述温度确定方法包括：获取第一电容器的第一电容值；获取第二电容器的第二电容值；将所述第一电容值和所述第二电容值耦合，得到对应的耦合值，其中，所述耦合值与所述微机电系统振荡器的温度成比例；利用所述耦合值确定所述微机电系统振荡器的温度。

技术总结
本申请公开了温度确定装置、温度确定方法以及微机电系统振荡器。该温度确定装置包括：第一电容器，用于输出第一电容值；第二电容器，用于输出第二电容值；耦合单元，分别与第一电容器和第二电容器电连接，用于将第一电容值和第二电容值耦合，得到对应的耦合值；温度确定单元，与耦合单元电连接，用于利用耦合值确定微机电系统振荡器的温度。通过上述方式，能够较为准确地测量微机电系统振荡器的温度。较为准确地测量微机电系统振荡器的温度。较为准确地测量微机电系统振荡器的温度。


技术研发人员：雷永庆 黄寿 舒俊 黎兴荣 李明 王冬春 李泽 高凯渊
受保护的技术使用者：麦斯塔微电子（深圳）有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/7/19