專利名稱：調整器電路及其相應用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電壓或電流調整器電路，包括至少兩個輸入端，具有至少兩個電抗在內的至少第一組電抗，至少兩個輸出端，適合于彼此連接所述電抗并且適合于連接所述電抗的至少一個電抗與所述輸入和輸出端的多個互連。本發(fā)明還涉及按照本發(fā)明的調整器電路的優(yōu)選用途。
背景技術：
通常稱為電荷泵或電壓泵的電路是眾所周知的，其中配備有若干電容器，外部電源依據某個電壓對電容器進行充電，并且一旦充電，它們與必須提供的某個電荷相連。適合的互連允許向電荷提供與外部電源的電壓不同的電壓。實際上如果電容器是并聯(lián)接法并且與外部電源相連，則它們全部具有外部電源的電壓，并且如果隨后它們與外部電源斷開，則它們彼此之間再次連接，以便它們以串聯(lián)方式連接并且隨后與電荷相連，并且提供其電壓等于外部電源的電壓與用串聯(lián)方式連接起來的電容器的數目之積的電荷?？蛇x地，在連接電容器和外部電源時，如果電容器是用串聯(lián)方式連接的，并且采用并聯(lián)方式再次連接它們以便提供電荷時，將提供其電壓等于外部電源的電壓與并聯(lián)連接的電容器的數目之商的電荷。
然而，處于現(xiàn)有技術發(fā)展水平的公知電路具有一些缺點，這些缺點限制其可能的應用-它們具有較低的效率-它們具有較低的放大能力-它們具有非常低的功率-它們很大
-它們有噪聲盡管并非所有電路具有所有列舉的缺點，但是它們通常具有所述缺點中的某些缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服上面提及的缺點。這是借助于上面所示類型的調整器電路實現(xiàn)的，其特征在于，互連包括微型繼電器，并且微型繼電器允許把電容器的串聯(lián)換成并聯(lián)和相反。
在本說明書和權利要求書中，措辭“繼電器”指換向器或開關，其中借助于物理接觸希望連接的兩個電路端點的導電單元建立電接觸，并且其中當導電單元不再與希望切斷的至少一個電路端點物理接觸時，電接觸被切斷。亦即，導電單元執(zhí)行物理運動(在第一位置和第二位置之間)，并且通過與相應的物理電路端點物理接觸建立電連接。此外，繼電器必須適合于斷開和閉合至少一個外電路，其中外電路的至少一個斷開或閉合動作是用電磁信號實現(xiàn)的。
實際上，通過使用微型繼電器允許獲得以下改進-當它們閉合時，它們有非常低的強度，并且當它們斷開時，它們有非常高的強度。這能夠很好地提高電路的效率，因為它們能夠把閉路和開路情況下的焦耳效應引起的損耗降到最低程度。
-它們能夠在比其觸發(fā)所需電壓更高的電壓下工作。該性能特征是非常重要的，因為它允許生成比電路控制電壓更高的電壓。此外，能夠用并聯(lián)方式連接大量電容器(三個或更多)，然后用串聯(lián)方式連接它們，從而僅僅借助兩個切換步驟就能得到與所希望的大小一樣的增壓。
-它們提供非常高的切換速度。同樣，這是非常重要的優(yōu)點，因為“泵激(pumping)”更多或更少能量的能力(亦即，在施加電壓情況下的強度)基本上依賴于兩個參數電容器電容量和“泵激”(切換)速度。微型繼電器具有非常高的切換速度，并且能夠降低用于某個輸出功率的電容器的尺寸。因此，通過使用微型繼電器能夠加倍縮減尺寸歸功于微型繼電器本身，并且歸功于使用較小的電容器。
-一般而言，可以把整個電路小型化，包括電容器。從而可以把調整器電路的所有組件小型化，所有組件包括包含有調整器電路(稍后說明)的器件的組件，盡管需要多個具有相應互連的電抗組，甚至盡管需要多個完整的調整器電路。
-通過使用需要非常少的能量就能觸發(fā)的微型繼電器，如下面描述的繼電器，也能從很大程度上提高組件的功效，例如，調整器電路具有能夠高速連接和斷開的微型繼電器，因此，如果選擇的繼電器不是低功耗的，其電力消耗是一個重要因素。
-通過使用微型繼電器能夠明顯降低聲音問題，因此，盡管有大量繼電器的高速連接和斷開，通常也不需要包含屏蔽類型的聲音防護裝置。
-外力和電荷之間有很好的絕緣，它們之間沒有電氣通路。
-能夠減輕調整電路的輸入端的突然電壓變化。
-能夠獲得與EMC(電磁兼容性)要求一致的優(yōu)良性能，這是因為不會產生高頻信號，因此，發(fā)射非常少的能量。就這一點而言，必須考慮盡管微型繼電器是以很高的頻率進行切換的，但是功率信號具有穩(wěn)定值。另外，可能的輸入干擾不會嚴重影響輸出，至多會修改切換時間，如果出現(xiàn)此種情況，將進行控制。
盡管一般涉及電容器的特殊用途，但是必須考慮到電容器的使用僅僅是一個優(yōu)選方案。通常，該電路可以有任何類型的電抗電容器，線圈，或者甚至是二者的組合。在使用線圈時，可以采用串聯(lián)方式連接并且可以用電流充電，以便隨后用并聯(lián)方式連接，并且獲得的最終電流為初始電流(通過串聯(lián)線圈的電流)與并行連接的線圈的數目的乘積。這允許獲得電流源，該電流源也許是感興趣的，或者隨后可以對其進行修改以便作為電壓源。優(yōu)選地，將使用用超導材料制成的線圈，這能夠減少需要的線圈的數量，減少微型繼電器的切換時間需求，提高功效，因為線圈中沒有任何能量損耗，并且能夠集成全部調整器電路。
優(yōu)選地，調整器電路包括，具有至少兩個電抗在內的至少一個第二組電抗，適合于彼此連接第二組電抗并且適合于連接第二組電抗的至少一個電抗與輸入和輸出端的多個互連，其中該互連包括多個微型繼電器，并且其中該微型繼電器允許把電抗的串聯(lián)換成并聯(lián)或相反?；旧希湎敕ㄈ缦录俣ǖ谝唤M電抗間斷運行，如充電時不向電荷供電，則包含能夠在對第一組電抗進行充電的時間段內繼續(xù)提供電荷的單元是可行的。該單元可以是執(zhí)行輸出濾波器的功能的電容器，或者可以是與第一組電抗在時間上錯開的第二組電抗，從而在對一組電抗充電時，另一組提供電荷。邏輯上，如此運行的電抗組可以不止兩組，甚至可以提供如此運行的多組電抗和輸出濾波器。
有利的是，該調整器電路被集成到集成電路中。通常，有趣的是把所有調整器電路集合到盡可能小的空間中。盡管難以把整個電路集成到SoC(片上系統(tǒng))類型的單片集成電路中，因為所需的電容值不能包含到單片集成電路中(因為需要非常高的切換速度)，但是可以把所有單元包含到SIP(系統(tǒng)級封裝)類型的集成電路中，該集成電路是包含帶有相應電容器的MCM(多片模塊)的部件。對于它的用戶而言，組件為集成電路。
通常，調整器電路可以變換(增加或減少)任何輸入電壓通常為直流、交流或隨時間變化，把它變成相同形式的輸出電壓，但是其值增加或減少。同樣，能夠生成任何輸出電壓-它能獲得總是相同的(例如25V)并且總是穩(wěn)定的輸出電壓。
-它能獲得總是穩(wěn)定的但是依據電荷需求變化的輸出電壓(通過設計必須串聯(lián)/并聯(lián)切換的電容器的不同數量)，從而用戶可以選擇所需的不同輸出電壓(例如，15、20或25V)。
-它能獲得交流或隨時間變化的可變輸出電壓，盡管輸入電壓是直流，其實現(xiàn)方法是，對必須串聯(lián)/并聯(lián)切換的電容器的數量的設計要遵循特定順序，或者，通常用模塊控制必須生成的電壓。
因此，按照本發(fā)明的調整器電路的優(yōu)選用途旨在制造由DC/DC(直流/直流)、AC/DC(交流/直流)和DC/AC(直流/交流)轉換器構成的組中的轉換器?；蛘撸瑩Q句話說，本發(fā)明的主題是包含按照本發(fā)明的調整器的DC/DC、AC/DC和/或DC/AC轉換器。


通過參照附圖閱讀以下說明，本發(fā)明的其他優(yōu)勢和特征將變得明顯，其中以下描述以非限制方式描述本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例。附圖表示圖1.1和1.2表示一組串聯(lián)和并聯(lián)連接的電容器；圖2.1和2.2表示電容器的電荷的監(jiān)控電路；圖3表示一組串聯(lián)和并聯(lián)連接的電容器；圖4.1-4.5表示數字電源供應模塊及其觸發(fā)序列；圖5表示一個A/D分段轉換器；圖6.1-6.4表示一個比較器件及其比較序列；圖7表示一個D/A轉換器；圖8表示其第二區(qū)中有兩個電容器板的繼電器的簡圖；圖9表示帶有兩個電容器板的繼電器的簡圖，其中每個區(qū)中有一個電容器板；圖10表示帶有三個電容器板的繼電器的簡圖；圖11表示沒有外殼的按照本發(fā)明的繼電器的第一實施例的透視圖；圖12表示圖11的繼電器的平面圖；圖13表示按照本發(fā)明的繼電器的第二實施例的透視圖；圖14表示去掉其上端的部件后的圖13的繼電器的透視圖；圖15表示圖13的繼電器的下部單元的透視圖；圖16表示沒有外殼的按照本發(fā)明的繼電器的第三實施例的透視圖；
圖17表示圖16的繼電器的圓柱部分的詳細透視圖；圖18表示按照本發(fā)明的繼電器的第四實施例的透視圖；圖19表示按照本發(fā)明的繼電器的第五實施例的透視圖；圖20表示按照本發(fā)明的繼電器的第六實施例的平面圖；圖21表示按照本發(fā)明的繼電器的第七實施例的透視圖；圖22表示不帶基片的按照本發(fā)明的繼電器的第八實施例的自下向上的透視圖；圖23表示利用表面微機械加工生成的球面；圖24表示按照本發(fā)明的繼電器的第九實施例的透視圖；以及圖25表示一個常斷繼電器。
具體實施例方式
圖1.1和1.2表示電荷泵的基本概念電路包括兩個輸入端以及與該輸入端串聯(lián)連接的多個電容器C1、C2、C3和C4。以電壓Vi對所有電容器進行充電，隨后再次連接該電路，從而電容器是并聯(lián)的。輸出端的電壓Vo是電壓Vi的四倍。此外，當以相反方式做該序列時，可以把該電壓除以4。在這些示意圖中，既沒有示出全部互連，也沒有示出相應繼電器，因為必須存在多個繼電器以便允許全部的所需的連接。
借助這種類型的電路，可以用離散方式增加或減少輸出電壓為輸入電壓的整數倍或為輸入電壓與某一整數的商。因此，按照本發(fā)明的調整器電路的優(yōu)選方案包括至少一個電容器的電壓監(jiān)控裝置，其中這些監(jiān)控裝置適合于檢測電容器隨時間的電壓變化，并且還包括適合于在其電壓達到預定值時斷開電容器和輸入端的控制裝置。事實上，按照這種方式，可以利用從0到Vi變化的任何電壓對一個電容器(或多個電容器)進行充電，隨后可以在調整器電路的輸出端獲得任何電壓值。圖2.1表示這種類型的監(jiān)控裝置的一個例子。連接時，繼電器S1具有用Rr表示的電阻。比較電容器C的端子的電壓V0與參考電壓Vr，當V0＝Vr時，斷開該繼電器。如果輸入電壓的峰值高于比較器的饋電電壓，則必須降低到達該比較器的電壓，其實現(xiàn)方法可以是例如在比較器的輸入負端之前放置一個電阻分壓器，分壓器具有高阻值，目的是不引起顯著的能量損耗(圖2.2)。
圖1.1和1.2表示電抗連接基本方案。然而，為了獲得高準確度的輸出信號(在不需要使用監(jiān)控裝置的情況下)，可以使用不同策略-具有兩個級聯(lián)調整器電路，首先進行信號放大，隨后進行縮減(反之亦然)。其順序取決于輸出電壓必須是高電壓(如果是那樣的話，第一步驟將是縮減以避免太高的電壓)，還是需要縮減輸出電壓(如果是那樣的話，第一步驟將是放大以避免太低的電壓和噪聲問題)。
-具有多個并聯(lián)電抗電池，其中每個電池是由多個串聯(lián)電抗構成的。同時對所有電抗進行充電，隨后選擇為達到所需信號而必須與輸出端相連的電抗。圖3表示一個例子，其中三個電池，每個電池有四個電容器。在這種情況中，例如，可以放大輸入電壓Vin，最大值為3Vin，最小值為Vin/4。
同時，本發(fā)明的主題是包含按照本發(fā)明的調整器電路的電源，或者，換句話說，通過使用按照本發(fā)明的調整器電路制造電源。
按照本發(fā)明的調整器電路優(yōu)選地包括至少一個下述附加單元a-數字電源模塊，該模塊生成必要的電壓以便向該調整器電路中包含的數字電路供電，并且該模塊包括其第一電源輸入端中有一個第一常通安全繼電器的第一電源，其第二電源輸入端中有一個第二常斷安全繼電器的第二電源，其中借助于第一電源生成的電壓閉合第二繼電器。該模塊的目標是提供該調整器電路的數字電路所需的直流VDD。
圖4.1表示數字電源模塊的一個例子，圖4.2-4.5表示觸發(fā)序列。為了簡化示意圖，在大部分的示意圖中，既沒有描繪端子也沒有描繪到0V(或接地或地)的相應連接。繼電器R1和R2為常通繼電器，而繼電器R3和R4為常斷繼電器。當關閉全部調整器電路時，Vin＝0，圖4.2所示的情況發(fā)生。用VDD0代表第一電源，用VDD1代表第二電源。當施加電源Vin時，VDD0校正該電壓并生成從其輸出端通過的電壓VCC，該輸出端向第二電源供電VDD1。當VDD1被觸發(fā)時，它做的第一件事情是連接繼電器R4(圖4.3)。按照這種方式，VDD1接收電壓Vin并且可以對其進行調整。優(yōu)選地，第一電源VDD0是常規(guī)線性電源，而第二電源VDD1包括一個第二調整器電路，后者包括至少兩個輸入端，包含有至少兩個電抗在內的至少一個第一組電抗，至少兩個輸出端，適合于彼此連接該電抗并且適合于連接該電抗的至少一個電抗與所述輸入和輸出端的多個互連，其中互連包括微型繼電器，并且其中微型繼電器允許把所述電抗的串聯(lián)換成并聯(lián)或相反。亦即，優(yōu)選地，第二電源VDD1包括一個調整器電路，該電路與它必須向其供電的調整器電路相同。在觸發(fā)第二電源VDD1之后，獲得通過VDD1的輸出端VDD1的電壓VCC。此時，繼電器R2斷開，繼電器R3閉合(圖4.4)。最后，繼電器R1斷開，由此斷開第一電源VDD0，并且觸發(fā)序列完成(步驟4.5)。
通常，在本說明書的權利要求書中，使用措辭“常通繼電器”和“常斷繼電器”，好象它們是一個繼電器似的。然而，這些繼電器有不同的設計形式，并且在某些設計形式中(正如將在下面看到的那樣)，這些繼電器是由多個“基本繼電器”構成的。因此，在本說明書和權利要求書中，應該懂得，措辭“常通繼電器”和“常斷繼電器”系指由單一物理繼電器或由多個物理繼電器構成的比較復雜或不太復雜的機械裝置，其中這些機械裝置能夠執(zhí)行常斷繼電器或常通繼電器的功能。
b-輸入保護模塊，該模塊包含常斷繼電器，當關閉調整器電路時，常斷繼電器避免過載到達電抗。
c-整流模塊，該模塊對連接到所述輸入端的輸入信號進行整流。優(yōu)選地，該整流模塊包括微型繼電器，微型繼電器適合于依靠希望進行整流的連接到所述輸入端的交流信號以動態(tài)方式使輸入端的極性反向。該方案比基于二極管電橋的方案有利，它可以同時避免它們的電壓降低和隨后發(fā)生的功率損耗。
d-參考信號模塊，該模塊比較所述輸入端中的信號與所述輸出端中的信號，并且向信號調整模塊發(fā)送控制信號。正如前面解釋的那樣，通常，調整器電路可以有線圈和/或電容器。因此，參考信號模塊也可以是靠電壓或電流來工作的模塊。通常，該模塊有兩個輸入信號調整器電路的參考信號和實際輸出信號，以及負責把實際值調整為參考值的輸出信號。可選地，該參考信號模塊包括一個振蕩器，從而調整器電路將生成交流信號。從而允許從例如車用蓄電池的任何直流電源獲得交流電源。
e-輸出模塊，該模塊包括帶有輸出電容器的輸出濾波器，正如前面解釋的那樣，輸出電容器允許向電荷提供更一致的電壓。
f-輸出保護模塊，該模塊帶有常斷安全繼電器，從而在輸出出現(xiàn)過載的情況下，所述繼電器斷開并且斷開所述調整器電路和所述輸出端。
正如本領域的專家了解的那樣，如果把調整器電路加入到電源中，則這些附加模塊是特別有趣的，盡管可以在作為本發(fā)明之主題的其他設備中使用這些模塊中的幾個模塊。
按照本發(fā)明的調整器電路的另一個優(yōu)選用途是用于制造A/D(模擬/數字)轉換器。或者，換句話說，本發(fā)明的主題還是包含按照本發(fā)明的調整器電路的模擬/數字轉換器。關于這一點，有利的是，按照本發(fā)明的調整器電路包括連接到輸出端的A/D轉換器。事實上，在對信號進行數字化之前，調整器電路對信號進行放大。只有借助于按照本發(fā)明的調整器電路才可能把該信號放大到遠超過該電源電壓，因為常規(guī)有源放大器是不可能的。按照這種方式，可以把數字化期間引入的噪聲的影響降到最低程度，假定正在對已經用產生很少噪聲的設備放大過的具有很高數值的信號進行數字化。因此，如果該系統(tǒng)能夠獲得的分辨率是ΔV，由于該信號是在不影響ΔV的情況下進行放大的，所以最后的分辨率會更高。
有利的是，該A/D轉換器包括一個分段轉換器，后者包括一個第一分壓器以及一個第二A/D轉換器，第一分壓器具有G個阻抗，連接所述輸出信號和所述分壓器的G個比較器件，每個所述比較器件包括一個第二分壓器，后者具有G個阻抗和一個比較器。實際上，上述A/D轉換器的一個可能缺點是，它必須轉換可能比該電路的電源電壓具有更高電壓的信號，而這對常規(guī)A/D轉換器是一個問題。解決該缺點的一個方法是，用RC電路和放電計時器替換常規(guī)A/D轉換器。然而，這種系統(tǒng)很不準確?？墒牵侄无D換器能夠獲得非常高的分辨率。
圖5是該分段轉換器的一個例子。分段轉換器具有輸入電壓G Vin(事實上，將是調整器電路接線端的輸出電壓)，它是要數字化的原始電壓的G倍。亦即，該調整器電路把原始信號放大G倍。接著，分段轉換器用第一分壓器(具有G個阻抗)分割參考電壓G·Vcc，并且比較信號G·Vcc與對應比較器件CDU中的第一分壓器的每一段的電壓。在圖5的例子中，分段轉換器有四個比較器件(G＝4)，用CDU1、CDU2、CDU3和CDU4指示。按照這種方式，可以確定其中的哪個段是G·Vin。按照這種方式，確定數字化信號Vin的比較重要的那些位。最后，獲得與“邊界”段相對應的信號，通過每個比較器件中包含的第二分壓器，用G除該信號，并發(fā)送到第二A/D轉換器ADC，后者可以是常規(guī)轉換器。第二A/D轉換器ADC負責確定數字化信號的不太重要的那些位。
在圖6.1中，可以觀察比較器件CDU，在圖6.2-6.4中，是其比較序列。一方面，比較器件CDU首先把其分壓器(每個比較器件具有的第二分壓器，并且在本例中是由四個串聯(lián)電容器構成的)連接到與第一分壓器VREFi相對應的電壓，另一方面(圖6.2)，連接到G·Vin。正如看到的那樣，對于每個比較器件CDU，第二分壓器的接線端中的電壓降不同，這是因為每個比較器件CDU的VREFi不同，所以對某些器件而言，它是正電壓，而對其他器件而言，它是負電壓。接著，通過把某一電容器的接線端(我們將得到VCi，亦即，用4除電壓差，以確保我們總在所使用的電子儀器的工作范圍內)連接到提供Ci的比較器，檢查所述電壓差是正的還是負的，其中Ci是一個指示電壓差的符號的信號(圖6.3)。通過了解哪個比較器件中的符號改變，能夠確定數字信號的最重要的那些位。最后(圖6.4)，把某一電容器(用于檢測電壓符號的變化的電容器或第二分壓器的另一個電容器)的接線端中的電壓連接到常規(guī)A/D轉換器的接線端ADCL和ADCH，常規(guī)A/D轉換器確定數字信號的不太重要的那些位。
按照本發(fā)明的調整器電路的另一個優(yōu)選用途是用于制造D/A(數字/模擬)轉換器?；蛘撸瑩Q句話說，本發(fā)明的主題還是包含有按照本發(fā)明的調整器電路的D/A(數字/模擬)轉換器。關于這一點，有利的是，按照本發(fā)明的調整器電路包括連接到其輸入端的D/A轉換器。圖7表示按照本發(fā)明的D/A轉換器的一個例子。在本例中，調整器電路有四個電容器，可以把四個電容器獨立連接到Vcc，連接到GND，或者連接到常規(guī)D/A轉換器DAC0的輸出。此外，可以用串聯(lián)方式連接四個電容器。例如，假設Vcc是5V，則用串聯(lián)方式連接的四個電容器的輸出端的最大值將是20V，亦即，該信號被放大了四倍。如果數字化信號等于3V(亦即，為參考值的3/5)，則用串聯(lián)方式連接的電容器的輸出電壓將是12V。通過進行適當編程，數字電路執(zhí)行這些計算并執(zhí)行以下操作-它觸發(fā)對應的繼電器，以便把較低的兩個繼電器連接到Vcc(5V+5V＝10V)，它們是彼此并聯(lián)的，-它發(fā)送對應的數字信號，以便D/A轉換器DAC0生成2V的電壓，-它觸發(fā)第三電容器的繼電器，以便把它連接到D/A轉換器DAC0(10V+2V＝12V)，-它觸發(fā)第四電容器的繼電器，以便連接到GND。
在對電容器充電后，它們用串聯(lián)方式連接，從而獲得12V的電壓(相當于參考值的3/5，參考值現(xiàn)在是20V)。
按照這種方式，實現(xiàn)了特別是在高精度情況中的更準確的、成本更低、速度更快的D/A轉換器。
優(yōu)選地，調整器電路(作為D/A轉換器的一部分)包括一個第二調整器電路，第二調整器電路包括，至少兩個輸入端，包含有至少兩個電抗在內的至少一個第一組電抗，至少兩個輸出端，適合于彼此連接該電抗并且適合于連接該電抗的至少一個電抗與輸入和輸出端的多個互連，其中該互連包括微型繼電器，并且其中該微型繼電器允許把電抗的串聯(lián)換成并聯(lián)或相反，其中把該第二調整器電路連接到第一調整器電路的輸出端。實際上，圖7將該第二調整器電路表示為÷4放大器。其功能是再次將該信號調整為參考值Vcc，從而按照前一個例子，Vo的值最終是希望得到的3V。
有利的是，調整器電路(作為D/A轉換器的一部分)包括一個輸出模塊和/或一個跟蹤和保持放大器。這允許切斷施加到D/A轉換器上的電荷的電抗，并且在某個時間段內保持生成的信號?？蛇x地，按照本發(fā)明，可以使用并行連接的幾個D/A轉換器，從而可以把它們順序連接到電荷。
本發(fā)明的主題還是使用按照本發(fā)明的調整器電路制造功率放大器，亦即，本發(fā)明還涉及包含有按照本發(fā)明的調整器電路的功率放大器。
此外，本發(fā)明涉及包含有特別適合于上面的應用的一個(或多個)微型繼電器的調整器電路。
當前，微型繼電器的生產可以有各種選擇方案，具體地，在技術層面上，通常稱為MEMS技術(微機電系統(tǒng))、微系統(tǒng)和/或微電機。原則上，可以依據它們移動接觸電極時使用的力的類型或激勵機制對它們進行分類。通常采用的分類是靜電、磁動、熱動和壓電繼電器。每一個都有它的優(yōu)點和缺點。然而，小型化技術要求使用盡可能小的激勵電壓和表面積?，F(xiàn)有技術已知的繼電器具有阻止其在這些方面上提高的一些問題。
降低激勵電壓的一種方式正是增加繼電器的表面積，這使得小型化更加困難，且不說有助于出現(xiàn)降低繼電器之使用壽命和可靠性的變形。在靜電繼電器中，降低激勵電壓的另一種解決方案是極大地減少電極之間的空間，或使用非常薄的電極或特殊材料，從而機械恢復力非常低。然而，這意味著粘連問題，因為毛細力很高，從而也會降低這些繼電器的有效工作壽命和可靠性。高激勵電壓的使用也有副作用，如元件的電離作用和加速磨損，這歸應于繼電器生成的強機械引發(fā)(solicitation)和電噪聲。
靜電繼電器的可靠性也有問題，這歸因于通常稱為“牽引(pull-in)”的現(xiàn)象，牽引存在于，一旦超過給定閾值，接觸電極會相對于另一個自由電極以越來越快的加速度移動。這歸因于以下事實，當繼電器閉合時，為閉合而施加靜電力的電容器會極大地增加其電容量(并且會增加到無窮大，如果不預先安放擋板的話)。因此，由于生成的高電場以及正在移動的電極受到的加速度引起的沖擊，電極上的磨損很嚴重。
熱動、磁動和壓電方法需要特殊材料和微機械加工工藝，因此很難和/或需要以很高的代價集成到更復雜的MEMS器件中，或集成到與電子電路集成在一起的MEMS器件中。另外，熱動方法非常慢(就是說，該電路有長的斷開或閉合時間)并且使用很大的功率。磁動方法生成電磁噪聲，這使得電子電路的閉合非常困難，并且需要高的峰值電流進行切換。
在本說明書和權利要求書中，措辭“接觸點”系指進行電接觸(或可以進行電接觸)的接觸面。關于這一點，請注意，它們不是幾何意義上的點，因為它們是三維單元，而是電氣意義上的電路中的點。
因此，本發(fā)明具有另一個優(yōu)選實施例，依據該實施例，該調整器電路的至少一個微型繼電器包括面對第二區(qū)的第一區(qū)，第一電容器板，第二區(qū)中安排的第二電容器板，其中第二板小于或等于第一板，第一區(qū)與第二區(qū)之間安排的過渡空間過渡空間中安排的導電單元，導電單元機械上獨立于第一區(qū)和第二區(qū)，并適合于運動穿越過渡空間，它取決于第一電容器板和第二電容器板上的電壓，電路的第一接觸點，該電路的第二接觸點，其中第一接觸點和第二接觸點限定第一擋板，其中導電單元適合于接觸第一擋板，在與第一擋板接觸時，導電單元閉合該電路。
事實上，在按照本發(fā)明的繼電器中，導電單元是能夠自由運動的分離部分，就是說，導電單元是響應于斷開和閉合外電路(第一接觸點與第二接觸點之間)的單元。即，材料的彈性力沒有用于迫使一種繼電器運動。這可以有多種不同的解決方案，其優(yōu)點是要求非常低的激勵電壓并可以有非常小的設計尺寸。導電單元放置在過渡空間。過渡空間是利用第一區(qū)和第二區(qū)以及側壁閉合，它們可以防止導電單元離開過渡空間。當電壓加到第一電容器板和第二電容器板上時，在導電單元中誘發(fā)電荷分布，它產生導電單元沿過渡空間運動的靜電力。借助于以下詳細描述的不同設計，這種效應可用于幾種不同的方式。
此外，按照本發(fā)明的繼電器還滿意地解決上述的“牽引”問題。
按照本發(fā)明繼電器的另一個優(yōu)點是如下所述在常規(guī)的靜電繼電器中，若導電單元粘連到給定的位置(它在很大程度上與濕氣有關)，則不可能使它松開(除非依靠外力，例如，使它干燥)，這是由于恢復力是彈性力，總是相同(僅與位置有關)，且不能增大。與此相反，若導電單元粘連在按照本發(fā)明的繼電器中，則通過增大電壓，總可以使它松開。
過渡空間的幾何形狀的功能和電容器板的定位可以提供幾種不同類型的繼電器，以及它們的許多應用和功能方法。
例如，導電單元的運動可以是如下所述第一種可能性是，導電單元是沿第一區(qū)與第二區(qū)之間的過渡空間作平動方式運動，即，基本直線方式(當然，排除意外和非所需外力引發(fā)的可能震動或振蕩和/或運動)。
第二種可能性是，導電單元有基本固定端，導電單元可以圍繞該端轉動。轉軸可以具有外電路接觸點的功能，而導電單元的自由端可以在第一區(qū)與第二區(qū)之間運動，它與其他接觸點可以接觸或不接觸，取決于所在的位置。如以下所敘述的，這種方法有許多特定的優(yōu)點。
有利的是，第一接觸點是在第二區(qū)與導電單元之間。這可以得到以下討論的各種方案。
當第一板是在第二區(qū)時實現(xiàn)一個優(yōu)選實施例?；蛘?，繼電器可以設計成這樣，第一板是在第一區(qū)。在第一種情況下，得到的繼電器有較大的激勵電壓和較快速。另一方面，在第二種情況下，繼電器的速度較慢，這意味著導電單元和擋板經受的震動較平滑，且能量消耗較低。顯然，我們可以在這兩個方案之間進行選擇，取決于每種情況的具體要求。
當第二接觸點也是在第二區(qū)時實現(xiàn)一個優(yōu)選實施例。在這種情況下，我們得到這樣一種繼電器，其中導電單元基本沿直線方向運動。當導電單元與第一擋板接觸時，即，與電路的第一接觸點和第二接觸點接觸時，可以使電路閉合，借助于以下詳細描述的不同類型力，可以使電路斷開。為了再次閉合電路，可以在第一電容器板與第二電容器板之間加電壓。這使導電單元被吸引到第二區(qū)，從而再次接觸第一接觸點和第二接觸點。
若第一電容器板是在第一區(qū)和第二電容器板是在第二區(qū)，則實現(xiàn)上一節(jié)中所述斷開電路所需的力是借助于在第二區(qū)中添加第三電容器板，其中第三電容器板小于或等于第一電容器板，而第二電容器板與第三電容器板一起大于第一電容器板。利用這種安排，第一電容器板是在過渡空間的一側，而第二電容器板和第三電容器板是在過渡空間的另一側且互相接近。按照這種方式，借助于靜電力，我們可以迫使導電單元沿兩個方向運動，此外，即使導電單元保持在基本未知的電壓上，我們可以確保外電路的閉合，導電單元受到閉合外電路作用的力。
實現(xiàn)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的情況是，繼電器還包括所述第二區(qū)中安排的第三電容器板和所述第一區(qū)中安排的第四電容器板，其中所述第一電容器板與所述第二電容器板相等，而所述第三電容器板與所述第四電容器板相等。事實上，按照這種方式，若我們希望導電單元運動到第二區(qū)，則可以在第一電容器板和第四電容器板上加電壓以及在第二電容器板或第三電容器板上加電壓。假設導電單元運動到放置最小電容器板的位置，則它就運動到第二區(qū)。同樣地，在第二電容器板和第三電容器板上加電壓以及在第一電容器板或第四電容器板上加電壓，我們可以使導電單元運動到第一區(qū)。這種方案優(yōu)于較簡單的三個電容器板方案，它是完全對稱的，即，不管導電單元運動到第二區(qū)或第一區(qū)，可以獲得完全相同的繼電器性能。有利的是，第一電容器板，第二電容器板，第三電容器板和第四電容器板都相等，因為一般地說，它的設計是方便的，繼電器在幾個方向是對稱的。一方面，如上所述，第一區(qū)與第二區(qū)之間是對稱的。另一方面，需要保持其他類型的對稱性以避免出現(xiàn)其他的問題，例如，導電單元的轉動或擺動問題，以下給以評述。在這個方面，特別有利的是，繼電器還包括第一區(qū)中安排的第五電容器板和第二區(qū)中安排的第六電容器板，其中第五電容器板與第六電容器板相等。一方面，增大電容器板的數目具有更好補償制造過程變化因素的優(yōu)點。另一方面，可以獨立地激勵幾個不同的電容器板，這是從所加電壓和激勵時間兩個觀點考慮。6個電容器板可以都相等，或者，同側的三個電容器板可以有不同的尺寸。這可以減小激勵電壓。每個區(qū)中有三個或多個電容器板可以實現(xiàn)以下的目的它可以在兩個方向都具有對稱性，對于固定的總體繼電器尺寸，可以設計成有最小的激勵電壓，因為總是可以在一個區(qū)中激勵兩個電容器板而在另一個區(qū)中激勵一個電容器板，它們有不同的表面積，可以使電流和功率消耗最小化，還使繼電器運行較平滑，在它們接觸時，可以確保繼電器的斷開和閉合，它獨立于外電路傳輸到導電單元的電壓。
特別是，若繼電器在每個區(qū)中有6個電容器板，則它還可以符合中心對稱的要求，如以下我們將看到的，這是另一個重要的優(yōu)點。所以，當繼電器在第一區(qū)中安排6個電容器板和第二區(qū)中安排6個電容器板時，可以實現(xiàn)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例。然而，在每個區(qū)中有6個電容器板以獲得中心對稱不是絕對必需的例如，也可以是每個區(qū)中有3個電容器板，雖然在這種情況下，我們必須首先減小繼電器的電流和功率消耗，并優(yōu)化“平滑”功能。一般地說，增大每個區(qū)中的電容器板數目在設計中具有較大靈活性和通用性，雖然它可以使制造中固有的變化減小，因為每個電容器板的制造因素變化往往是由其余電容器板的變化進行補償。
然而，不應當低估這樣一些情況，有意地產生力矩迫使導電單元完成某些類型的轉動和平動。例如，為了克服導電單元相對于固定壁的可能粘連或摩擦，這種運動方式是可能有益的。
有利的是，繼電器包括第一區(qū)與導電單元之間的第二擋板(或與第一擋板數目相同的第二擋板)。按照這種方式，我們可以在第一區(qū)與第二區(qū)之間實現(xiàn)幾何對稱性。當導電單元向第二區(qū)運動時，直至與第一擋板接觸，它可以使外電路閉合。當導電單元向第一區(qū)運動時，直至與第二擋板接觸，它也可以使外電路閉合。按照這種方式，導電單元完成的運動是對稱的。
當繼電器包括第一區(qū)與導電單元之間安排的第三接觸點時，可以實現(xiàn)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，其中第三接觸點限定第二擋板，因此，在與第二接觸點和第三接觸點接觸時，導電單元閉合第二電路。在這種情況下，繼電器的作用是換向器，交替地連接第二接觸點與第一接觸點和第三接觸點。
當導電單元包括限定軸的空心圓柱部分和扁平部分時，可以實現(xiàn)以上例子中一個特別優(yōu)選的實施例，其中在其內部放置第二接觸點，而扁平部分是從徑向空心圓柱部分的一側突出，并沿軸的方向延伸，其中扁平部分沿軸方向測量的高度小于圓柱部分沿軸方向測量的高度。這種特殊情況同時符合導電單元圍繞它的一端作旋轉運動的情形(參照上述的“第二種可能性”)。此外，圓柱部分放置在承載面上(圓柱體每端有一個面，并沿第一區(qū)與第二區(qū)之間延伸)，而扁平部分懸掛在圓柱部分，因為它的重量較輕。因此，扁平部分不與壁或固定面接觸(除了第一接觸點和第三接觸點以外)，按照這種方式，可以減小粘連和摩擦力。關于第二接觸點，它放置在圓柱部分的內部，并作為轉軸和第二接觸點。因此，在第一接觸點與第二接觸點之間建立電連接，或在第三接觸點與第二接觸點之間建立電連接?？招膱A柱部分限定圓柱形空心面，在所有的情況下，它有彎曲到第二接觸點的表面，從而減小粘連和摩擦力的風險。
當導電單元包括限定軸的空心平行六面體部分和扁平部分時，可以實現(xiàn)以上例子中另一個特別優(yōu)選的實施例，其中在其內部放置第二接觸點，而扁平部分是從徑向空心平行六面體部分的一側突出，并沿軸的方向延伸，其中扁平部分沿軸方向測量的高度小于平行六面體部分沿軸方向測量的高度。事實上，這個實施例與以上的實施例類似，其中平行六面體部分限定平行六面體空心。這個方案特別適用于非常小繼電器實施例的情況，因為在這種情況下，制造過程(特別是在光刻制造過程的情況下)的分辨率容量不得不使用直線方式。在這種情況下，應當強調的是，決定性的幾何形狀是內部空心的幾何形狀，事實上，幾種不同的組合是可能的有矩形斷面的軸(第二接觸點)和有矩形斷面的空心，有圓形斷面的軸和有圓形斷面的空心，有圓形斷面的軸和有矩形斷面的空心，反之亦然，雖然前兩種組合是最有利的。
邏輯上，若斷面是矩形，則在軸與平行六面體部分之間應當有足夠的間隙，使導電單元可以圍繞該軸轉動。同樣地，在圓形斷面的情況下，在軸與圓柱部分之間有很大間隙的情況下，導電單元進行的實際運動是繞軸轉動和第一區(qū)與第二區(qū)之間平動的組合。此外，應當注意，第二擋板不是電連接到任何電路也是可能的在這種情況下，得到的繼電器僅能斷開和閉合一個電路，但其中導電單元的運動是借助于轉動(或借助于平動與轉動的組合)。
當繼電器包括第一區(qū)與導電單元之間安排的第三接觸點和第四接觸點時，可以得到本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例，其中第三接觸點和第四接觸點限定第二擋板，因此，在與第三接觸點和第四接觸點接觸時，導電單元閉合第二電路。事實上，在這種情況下，繼電器可以交替地連接兩個電路。
有利的是，第一區(qū)和第二區(qū)中的每個區(qū)中安排的每個電容器板集合相對于對稱中心是中心對稱的，其中所述對稱中心與導電單元的質心重合。事實上，每個區(qū)中安排的每個電容器板集合在導電單元上產生力場。若來自這個力場的力相對于導電單元質心有非零的力矩，則導電單元不但作平動，而且還作圍繞其質心的轉動。在這一方面，每個區(qū)的電容器板集合有中心對稱是合適的，在這種情況下，這種轉動是不利的，或者，另一方面，如果可以誘發(fā)導電單元相對于其質心的轉動，則可以方便地提供中心不對稱性，例如，為的是克服摩擦力和/或粘連。
如以上所指出的，導電單元往往實際上封閉在第一區(qū)，第二區(qū)和側壁之間的過渡空間。有利的是，在側壁與導電單元之間的間隙是充分地小，可以防止導電單元同時接觸由第一接觸點和第二接觸點構成的一組接觸點以及由第三接觸點和第四接觸點構成的一組接觸點。就是說，避免導電單元在過渡空間中采取橫向位置，其中它連接第一電路與第二電路。
為了避免粘連和高摩擦力，有利的是，導電單元有圓形(rounded)外表面，最好是圓柱面或球面。球面方案減小沿所有方向的摩擦力和粘連，而有面對第一區(qū)和第二區(qū)的圓柱體底面的圓柱面方案可以減小相對于側壁的摩擦力，而有面對電容器板的大表面可以有效地產生靜電力。這個第二方案還有接觸點的較大接觸面，可以減小交換電路中引入的電阻。
同樣地，若導電單元有垂直于導電單元運動的上表面和下表面，和至少一個側面，則有利的是，側面有細微的突出部分。這種突出部分也可以減小側面與過渡空間側壁之間的粘連和摩擦力。
有利的是，導電單元是空心導電單元。這可以減輕質量，從而實現(xiàn)較小的慣性。
若繼電器有兩個電容器板(第一板和第二板)且這兩個電容器板都在第二區(qū)，則有利的是，第一電容器板和第二電容器板有相同的表面積，因為按照這種方式，在相同的總器件表面積下，可以實現(xiàn)最小的激勵電壓。
若繼電器有兩個電容器板(第一板和第二板)，且第一板是在第一區(qū)，而第二板是在第二區(qū)，則有利的是，第一電容器板的表面積與第二電容器板的表面積相等或是它的兩倍，因為按照這種方式，在相同的總器件表面積下，可以實現(xiàn)最小的激勵電壓。
當一個電容器板同時作為電容器板和作為接觸點(和擋板)時，可以得到按照本發(fā)明繼電器的另一個優(yōu)選實施例。這種安排可以在固定的電壓下(通常是VCC或GND)連接其他的接觸點(外電路的接觸點)或在高阻抗下斷開它。
通常，將利用施加到電容器板上的電壓斷開或閉合繼電器。然而，可以利用另一個物理量實現(xiàn)上述運動中的一種運動。在這些情況中，物理量施加作用力以斷開電路，并且借助于施加到電容器板上的給定電壓產生作用力，該作用力抵消前一個作用力，并且使外電路再次閉合(反之亦然，亦即，必須施加電壓以使電路保持斷開，而希望研究的物理量趨向于使該電路閉合)。這些物理量的例子可以是加速度、壓力、流量等。
正如在下面觀察到的那樣，附圖所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括前面說明的幾種可選方案和選項的組合，但是本領域的專家能夠理解，它們是可以用不同方式互相組合的可選方案和選項。
圖8表示按照本發(fā)明繼電器的第一基本功能模式。該繼電器限定放置導電單元7的過渡空間25，導電單元7可以沿過渡空間25自由運動，因為實際上它是分離部分，而沒有實際連接到限定過渡空間25的壁。該繼電器還限定圖8中左側的第一區(qū)和圖8中右側的第二區(qū)。在第二區(qū)中安排第一電容器板3和第二電容器板9。在圖8所示的例子中，電容器板3和9有不同的表面積，雖然這兩個表面積可以是相等的。第一電容器板3和第二電容器板9連接到CC控制電路。在第一電容器板3與第二電容器板9之間加電壓時，導電單元總是被吸引到圖1的右側，被引向電容器板3和9。導電單元7向右側運動，直至它被第一擋板13阻擋，可以使第一外電路CE1閉合，第一擋板13是第一外電路CE1的第一接觸點15和第二接觸點17。
圖9表示按照本發(fā)明繼電器的第二基本功能模式。該繼電器同樣限定放置導電單元7的過渡空間25，導電單元7可以沿過渡空間25，圖2中左側的第一區(qū)和圖9中右側的第二區(qū)自由運動。在第二區(qū)中安排第二電容器板9，而在第一區(qū)中安排第一電容器板3。第一電容器板3和第二電容器板9連接到CC控制電路。在第一電容器板3與第二電容器板9之間加電壓時，導電單元總是被吸引到圖9中的右側，被引向最小的電容器板，即，第二電容器板9。因此，在圖2所示例子的情況下，電容器板3和9有不同的表面積是絕對必需的，若它們有相等的表面積，則導電單元7不可能朝任何方向運動。導電單元7向右側運動，直至它被第一擋板13阻擋，可以使第一外電路CE1閉合，第一擋板13是第一外電路CE1的第一接觸點15和第二接觸點17。在左側有第二擋板19的情況下，它沒有任何電功能，只是阻擋導電單元7與第一電容器板3接觸。在這種情況下，可以去掉第二擋板19，因為不可能發(fā)生導電單元7與第一電容器板3接觸的問題。這是因為在這一側僅有一個電容器板，如果有多個電容器板且它們連接到不同的電壓，則擋板是必需的以避免短路。
圖8和9的繼電器的配置適合于用作傳感器，其中要測量的數量施加將由導電單元7誘發(fā)的靜電力抵消的作用力，盡管只要有能夠移動導電單元7的外力(加速度，壓力等)，它們就可以作為繼電器。正如上面說明的那樣，在兩種情況中，要測量的數量必須施加趨向于斷開電路CE1的作用力，而靜電力趨向于使其閉合。然而，可以把繼電器設計成完全以相反方式工作以至要測量的數量趨向于使電路CE1閉合，而靜電力趨向于斷開它。在這種情況中，必須把第一擋板13連同相應的電路CE1放置在圖8和9的左側。在圖8中，用虛線表示此種可能性。
為了借助于靜電力實現(xiàn)導電單元7沿兩個方向的運動，需要配置第三電容器板11，如圖10所示。假設導電單元7總是運動到放置最小電容器板的位置，在這種情況下，要求第三電容器板11小于第一電容器板3，但第二電容器板9與第三電容器板11的表面積之和大于第一電容器板3的表面積。按照這種方式，通過激勵第一電容器板3和第二電容器板9，連接它們到不同的電壓，但第三電容器板11仍保持在高阻抗狀態(tài)，導電單元7就運動到右側，而在激勵三個電容器板3，9和11的情況下，導電單元7就運動到左側。在后者的情況下，給第二電容器板9和第三電容器板11提供相同的電壓，而給第一電容器板3提供不同的電壓。此外，圖10中的繼電器有連接到第二擋板19的第二外電路CE2，其方式是，這些第二擋板19限定第三接觸點21和第四接觸點23。
若兩個電容器板是第一區(qū)和第二區(qū)中的每個區(qū)，則可以按照兩個不同的方法引誘導電單元7的運動在相同區(qū)的兩個電容器板之間加電壓，使導電單元被這兩個電容器板吸引(其功能如圖8所示)，在一個區(qū)的一個電容器板與另一個區(qū)的一個(或兩個)電容器板之間加電壓，使導電單元7被吸引到充電電容器表面積是最小的區(qū)域(其功能如圖9所示)。
圖11和12表示利用EFAB技術設計制造的繼電器。借助于薄層沉積方法的這種微型機械加工制造技術是專業(yè)人員熟知的，可以制作多個薄層并在三維結構設計中有很大通用性。繼電器安裝在作為支承的基片1上，為了簡單明了，在幾個附圖中沒有畫出。該繼電器在導電單元7的左側安排第一電容器板3和第四電容器板5(圖12所示)，而在導電單元7的右側安排第二電容器板9和第三電容器板11。該繼電器還有兩個第一擋板13和兩個第二擋板19，第一擋板13是第一接觸點15和第二接觸點17，而第二擋板19是第三接觸點21和第四接觸點23。該繼電器的上部被覆蓋，雖然沒有畫出這個蓋子，為的是清楚地說明它的內部細節(jié)。
按照圖12，繼電器的走向是沿過渡空間25從左到右，反之亦然?？梢钥闯?，第一擋板13和第二擋板19比電容器板3，5，9和11更靠近導電單元7。按照這種方式，導電單元7可以從左到右運動以閉合相應的電路，而不會干擾電容器板3，5，9和11以及它們相應的控制電路。
導電單元7有空心的內部空間27。
在導電單元7與形成過渡空間25(即，第一擋板13，第二擋板19，電容器板3，5，9和11以及兩個側壁29)的各個壁之間有間隙，間隙是充分地小以防止導電單元7圍繞垂直于圖12的平面的軸轉動，但它足以接觸第一接觸點15與第三接觸點21或第二接觸點17與第四接觸點23。然而，在這個附圖中，沒有按比例畫出間隙，為了使附圖更加清晰。
圖13至15表示利用EFAB技術設計制造的另一種繼電器。在按照圖13至15的情況下，導電單元7是沿垂直方向運動。在繼電器中利用一種或另一種運動取決于設計準則。制造技術包括沉積幾個薄層。在所有的附圖中，垂直方向是夸大的，就是說，實際器件比附圖所示器件扁平得多。若我們希望得到較大的電容器表面，最好是構造類似于圖13至15所示形式的繼電器(垂直繼電器)，如果需要較少薄層數目，則類似于圖11和12所示形式的繼電器(水平繼電器)更加合適。若采用某種特殊技術(例如，通常稱之為polyMUMPS，Dalsa，SUMMIT，Tronic′s，Qinetiq′s等的技術)，薄層數目總是受限的。垂直繼電器的優(yōu)點是，使用較小的芯片面積得到較大的表面，這意味著可以利用非常低的激勵電壓(使用相同的芯片面積)。
理論上，圖13至15的繼電器非常類似于圖11和12的繼電器，在它的底部(圖15)安排第一電容器板3和第四電容器板5以及它們是第三接觸點21和第四接觸點23的第二擋板19。從附圖中可以看出，第二擋板19是在電容器板之上，因此，導電單元7可以承載在第二擋板19上，不會與第一電容器板3和第四電容器板5接觸。在頂部(圖13)有第二電容器板9，第三電容器板11和兩個第一擋板13，它們是第一接觸點15和第二接觸點17。在這種情況下，導電單元7與側壁29之間的間隙也是充分地小以避免第一接觸點15接觸第三接觸點21或第二接觸點17接觸第四接觸點23。
圖16和17所示的繼電器是一個繼電器例子，其中導電單元7的運動基本上是圍繞其一個端點的轉動。這種繼電器有第一電容器板3，第二電容器板9，第三電容器板11和第四電容器板5，它們都安裝在基片1上。此外，第一接觸點15與第三接觸點21面對面。第一接觸點15與第三接觸點21之間的距離小于兩個電容器板之間的距離。導電單元7有空心的圓柱部分31，其中空心也是圓柱形。在空心圓柱體內部放置有圓柱斷面的第二接觸點17。
按照這種方式，導電單元7在第一接觸點15與第二接觸點17之間或在第三接觸點21與第二接觸點17之間建立電接觸。導電單元7完成的運動基本上是圍繞圓柱部分31限定的軸的轉動。在圖16中，第二接觸點17與圓柱部分31之間的間隙是夸大的，然而，確實存在一定量的間隙，因此，導電單元7完成的運動不是純粹的轉動，而是轉動與平動的組合。
從圓柱部分31延伸的扁平部分33的高度小于沿所述圓柱部分31的軸方向測量的圓柱部分31的高度。在圖17中可以更細致地觀察到這一點，其中畫出示圓柱部分31和扁平部分33的剖面。按照這種方式，我們可以避免扁平部分33與基片1的接觸以減小摩擦力和粘連。
可以看出，只要間隙是足夠的，可以用平行六面體代替圓柱部分31以及利用有四邊形斷面的接觸點代替有圓形斷面的第二接觸點17，我們可以設計一種理論上相當于圖16和17所示的繼電器。
例如，若在圖16和17的繼電器中去掉第一接觸點15和/或第三接觸點21，則正是這兩個電容器板(具體地說，第三電容器板11和第四電容器板5)可以作為接觸點和擋板。適當選取電容器板必須工作的電壓，我們可以得到的這個電壓總是VCC或GND。另一種可能性是，例如，第三接觸點21不與任何外電路進行電連接。于是，第三接觸點僅僅是擋板，而當導電單元7接觸第二接觸點17與第三接觸點21時，第二接觸點17在電路中就處在高阻抗狀態(tài)。
圖18所示的繼電器設計成利用polyMUMPS技術制造。如以上所提到的，這種技術在專業(yè)人員中是眾所周知的，它的特征是，表面被微型機械加工成三個結構層和兩個保護層。然而，理論上，它類似于圖16和17所示的繼電器，雖然其中有一些差別。因此，在圖18所示的繼電器中，第一電容器板3與第三電容器板11相等，但它不同于第二電容器板9和第四電容器板5，這二者相等并小于前者。關于第二接觸點17，它的頂端有加寬部分，允許導電單元7保持在過渡空間25中。圖16和17中的第二接觸點17也可以配置這種類型的加寬部分。值得注意的是，在這種繼電器中，第一接觸點15與第三接觸點21之間的距離與兩個電容器板之間的距離相等。假設導電單元7的運動是圍繞第二接觸點17的轉動，則導電單元的相反端描繪這樣一條弧線，在扁平部分33可以接觸到電容器板之前，導電單元與第一接觸點15或第三接觸點21接觸。
圖19表示利用polyMUMPS技術設計制造的另一種繼電器。這種繼電器類似于圖11和12所示的繼電器，雖然它還有第五電容器板35和第六電容器板37。
圖20表示相當于圖11和12所示的繼電器，但它在第一區(qū)有6個電容器板和在第二區(qū)有6個電容器板。此外，我們應當注意到可以防止導電單元7脫離的頂蓋。
圖21和22表示導電單元7是圓柱形的繼電器。參照圖21所示的繼電器，圍繞導電單元的側壁是平行六面形，而在圖22所示的繼電器中，圍繞導電單元7的側壁29是有圓形斷面的圓柱形。關于圖23，它表示利用表面微型機械加工制造的球體，應當注意，它是由多個不同直徑的圓柱形盤構成。具有球形導電單元7的繼電器，如圖23所示，它在理論上非常類似于圖21或22所示的繼電器，它利用球形導電單元代替圓柱形導電單元7。然而，應當考慮到，電容器板安排中的某些幾何調整和頂端的接觸點是為了防止球形導電單元7首先接觸電容器板而不是接觸點，這些接觸可以是相應的擋板。
圖24表示圖11和12所示繼電器的變型。在這種情況下，導電單元7在它的側面41有突出部分39。
通過使用按照本發(fā)明的微型繼電器，常斷和常通繼電器的不同優(yōu)選實施例是可能的-用按照本發(fā)明的一個微型繼電器構成的常斷繼電器，其導電單元是用其接觸能量足以補償其重量的材料構成的。事實上，按照這種方式，繼電器總是處在其上次所處的位置的。實際上，完全相同的概念可以用于常通繼電器。唯一需要考慮的是，調整器電路可以包括一個檢測電源故障模塊，并且在完全關閉該設備之前可以把這些繼電器放在其相應位置。優(yōu)選地，接觸能量足夠高以便在設備使用期間抵抗可以預見的沖擊、振動和其他加速度。
-包含有用串聯(lián)方式連接的按照本發(fā)明的兩個微型繼電器的常斷繼電器，其中第一微型繼電器具有適合于依照第一方向在空間內運動的第一導電單元，并且其中依照垂直于第一方向的軸線相對于第一微型繼電器把第二微型繼電器旋轉180°，從而兩個微型繼電器的兩個導電元件適合于沿相同方向運動，但是必須反向運動，以到達相同的連接或斷開狀態(tài)。按照這種方式，可以確保如果一個繼電器是閉合的，則在同側擁有導電單元的另一個繼電器是斷開的。圖25表示這種類型的常斷繼電器的圖示。
-前述概念的變型在于添加與第一常斷繼電器相同的第二常斷繼電器，但是安排在空間中以便其導電單元依照垂直于所述第一方向的第二方向運動，甚至添加與前兩個常斷繼電器相同的第三常斷繼電器，但是安排在空間中從而其導電單元依照垂直于所述第一和第二方向的第三方向運動。按照這種方式，常斷繼電器適合于在三維環(huán)境中工作。
-借助于前面的常斷繼電器的想法，可以設計常通繼電器。為此，常通繼電器包括按照本發(fā)明的兩個微型繼電器，在這種情況中，它們是用并聯(lián)方式連接的，其中第一微型繼電器具有適合于依照第一方向在空間中運動的第一導電單元，并且其中依照垂直于第一方向的第二方向相對于第一微型繼電器把第二微型繼電器選擇180°，從而兩個微型繼電器的兩個導電單元適合于沿相同方向運動，但是必須反向運動，以便到達相同的連接或斷開狀態(tài)。按照這種方式，通過用并聯(lián)方式連接它們，可以確保它們中的至少一個是連接的，從而該組件可以作為常通繼電器。
-同樣，在這種情況中，可以添加與第一常通繼電器相同的第二常通繼電器，但是安排在空間中以便其導電單元依照垂直于所述第一方向的第二方向運動，甚至添加與前兩個常通繼電器相同的第三常通繼電器，但是安排在空間中從而其導電單元依照垂直于所述第一和第二方向的第三方向運動。按照這種方式，獲得適合于在三維環(huán)境中工作的常通繼電器。
可以組合常通和常斷微型繼電器的上述示例-可以在相同方位上用串聯(lián)方式組合由兩個串聯(lián)繼電器構成的常斷繼電器，從而每個方向上都有不同的微型串聯(lián)繼電器，確保它們中的至少一個將是斷開的。
-類似地，可以在相同方位上以并聯(lián)方式組合常通繼電器，從而每個方位上都有不同的并聯(lián)繼電器，確保它們中的至少一個是閉合的。
-總之，可以組合在空間中定向微型繼電器的想法與用具有高接觸能量的材料制成的微型繼電器的想法。
本發(fā)明的主題是上面的常斷繼電器和常通繼電器，以及包含上述常斷和/或常通繼電器的調整器電路。
權利要求
1.調整器電路，包括至少兩個輸入端，包含有至少兩個電抗在內的至少一個第一組電抗，至少兩個輸出端，適合于彼此連接所述電抗并且適合于連接所述電抗的至少一個電抗與所述輸入和輸出端的多個互連，其特征在于，所述互連包括微型繼電器，并且所述微型繼電器允許把所述電抗的串聯(lián)換成并聯(lián)或相反。
2.根據權利要求1的電路，其特征在于，它包括包含有至少兩個電抗在內的至少一個第二組電抗，適合于彼此連接所述第二組的所述電抗并且適合于連接所述第二組的所述電抗的至少一個電抗與所述輸入和輸出端的多個互連，其中所述互連包括微型繼電器，并且其中所述微型繼電器允許把所述第二組的所述電抗的串聯(lián)換成并聯(lián)或相反。
3.根據權利要求1或2之一個權利要求的電路，其特征在于，所述電抗是線圈。
4.根據權利要求1或2之一個權利要求的電路，其特征在于，所述電抗是電容器。
5.根據權利要求1-4之任一權利要求的電路，其特征在于，它被集成到集成電路中。
6.根據權利要求4或5之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括所述電容器的至少一個電容器的電壓監(jiān)控裝置以及控制裝置，其中該電壓監(jiān)控裝置適合于檢測所述電容器隨時間的電壓變化，并且該控制裝置適合于在其電壓達到預定值時斷開所述電容器和所述輸入端。
7.根據權利要求1-6之任一權利要求的電路，其特征在于，它有一個數字電源模塊，該模塊生成必要的電壓以便向所述調整器電路中包含的數字電路供電，并且該模塊包括其第一電源輸入端中有一個第一常通安全繼電器的第一電源，其電源輸入端中有一個第二常斷安全繼電器的第二電源，其中借助于所述第一電源生成的電壓閉合所述第二繼電器。
8.根據權利要求7的電路，其特征在于，所述第二電源包括一個第二調整器電路，后者包括至少兩個輸入端，包含有至少兩個電抗在內的至少一個第一組電抗，至少兩個輸出端，適合于彼此連接所述電抗并且適合于連接所述電抗的至少一個電抗與所述輸入和輸出端的多個互連，其中所述互連包括微型繼電器，并且其中所述微型繼電器允許把所述電抗的串聯(lián)換成并聯(lián)或相反。
9.根據權利要求1-8之任一權利要求的電路，其特征在于，它有一個輸入保護模塊，該模塊包括一個常斷繼電器，當關閉所述調整器電路時，該常斷繼電器避免過載到達所述電抗。
10.根據權利要求1-9之任一權利要求的電路，其特征在于，它有一個整流模塊，該模塊對連接到所述輸入端的輸入信號進行整流。
11.根據權利要求10的電路，其特征在于，所述整流模塊包括微型繼電器，微型繼電器適合于依靠連接到所述輸入端的交流信號以動態(tài)方式使所述輸入端的極性反向。
12.根據權利要求1-11之任一權利要求的電路，其特征在于，它有一個參考信號模塊，該模塊比較所述輸入端中的信號與所述輸出端中的信號，并且向信號調整模塊發(fā)送控制信號。
13.根據權利要求1-12之任一權利要求的電路，其特征在于，它有一個輸出模塊，該模塊包括帶有輸出電容器的輸出濾波器。
14.根據權利要求1-13之任一權利要求的電路，其特征在于，它有一個輸出保護模塊，該模塊帶有常斷安全繼電器，從而在輸出出現(xiàn)過載的情況下，所述安全繼電器斷開并且斷開所述調整器電路和所述輸出端。
15.根據權利要求1-14之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括一個連接到所述輸出端的A/D轉換器。
16.根據權利要求15的電路，其特征在于，所述A/D轉換器包括一個分段轉換器，該分段轉換器包括[a]一個第一分壓器，以及[b]一個第二A/D轉換器，第一分壓器具有G個阻抗，連接所述輸出信號和所述分壓器的G個比較器件，其中每個所述比較器件包括一個第二分壓器，第二分壓器具有G個阻抗和一個比較器。
17.根據權利要求1-16之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括一個連接到所述輸入端的A/D轉換器。
18.根據權利要求17的電路，其特征在于，它包括一個第二調整器電路，后者包括至少兩個輸入端，包含有至少兩個電抗在內的至少一個第一組電抗，至少兩個輸出端，適合于彼此連接所述電抗并且適合于連接所述電抗的至少一個電抗與所述輸入和輸出端的多個互連，其中所述互連包括微型繼電器，并且其中所述微型繼電器允許把所述電抗的串聯(lián)換成并聯(lián)或相反，其中所述第二電路連接到所述調整器電路的所述輸出端。
19.根據權利要求17或18之一個權利要求的電路，其特征在于，它包括一個輸出緩沖器。
20.根據權利要求17-19之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括一個跟蹤和保持放大器。
21.根據權利要求1-20之任一權利要求的電路，其特征在于，所述微型繼電器包括面對第二區(qū)的第一區(qū)，第一電容器板(3)，第二區(qū)中安排的第二電容器板(9)，其中所述第二板小于或等于所述第一板，所述第一區(qū)與所述第二區(qū)之間的所述過渡空間(25)，所述過渡空間中安排的所述導電單元(7)，所述導電單元(7)機械上獨立于所述第一區(qū)和第二區(qū)，并適合于運動穿越所述過渡空間(25)，它取決于所述第一和第二電容器板上的電壓，電路的第一接觸點(15)，所述電路的第二接觸點(17)，其中所述第一和第二接觸點(15，17)限定第一擋板(13)，其中所述導電單元(7)適合于接觸所述第一擋板(13)，并且其中在與所述第一擋板(13)接觸時，所述導電單元(7)閉合所述電路。
22.根據權利要求21的電路，其特征在于，所述第一接觸點(15)在所述第二區(qū)和所述導電單元(7)之間。
23.根據權利要求21或22之一個權利要求的電路，其特征在于，所述第一板在所述第二區(qū)中。
24.根據權利要求21或22之一個權利要求的電路，其特征在于，所述第一板在所述第一區(qū)中。
25.根據權利要求21-24之任一權利要求的電路，其特征在于，所述第二接觸點(17)也在所述第二區(qū)中。
26.根據權利要求24或25之一個權利要求的電路，其特征在于，它還包括所述第二區(qū)中安排的第三電容器板(11)，其中所述第三電容器板(11)小于或等于所述第一電容器板(3)，并且其中所述第二和第三電容器板一起大于所述第一電容器板(3)。
27.根據權利要求24或25之一個權利要求的電路，其特征在于，它還包括所述第二區(qū)中安排的第三電容器板(11)和所述第一區(qū)中安排的第四電容器板(5)，其中所述第一電容器板(3)和所述第二電容器板(9)彼此相等，并且所述第三電容器板(11)和所述第四電容器板(5)彼此相等。
28.根據權利要求27的電路，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四電容器板彼此相等。
29.根據權利要求27或28之一個權利要求的電路，其特征在于，它還包括所述第一區(qū)中安排的第五電容器板(35)和所述第二區(qū)中安排的第六電容器板(37)，其中所述第五電容器板(35)和所述第六電容器板(37)彼此相等。
30.根據權利要求29的電路，其特征在于，它包括所述第一區(qū)中安排的6個電容器板和所述第二區(qū)中安排的6個電容器板。
31.根據權利要求21-30之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括所述第一區(qū)和所述導電單元(7)之間的第二擋板。
32.根據權利要求21-31之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括所述第一區(qū)與所述導電單元(7)之間安排的第三接觸點(21)，其中所述第三接觸點(21)限定第二擋板，因此，在與所述第二接觸點(17)和所述第三接觸點(21)接觸時，所述導電單元(7)閉合第二電路。
33.根據權利要求32的電路，其特征在于，所述導電單元(7)包括限定軸的空心圓柱部分(31)和扁平部分(33)，其中在空心圓柱部分(31)的內部放置所述第二接觸點(17)，而扁平部分(33)從所述徑向空心圓柱部分(31)的一側突出，并沿所述軸的方向延伸，其中所述扁平部分(33)沿所述軸方向測量的高度小于所述圓柱部分(31)沿所述軸方向測量的高度。
34.根據權利要求32的電路，其特征在于，所述導電單元(7)包括限定軸的空心平行六面體部分和扁平部分(33)，其中在空心平行六面體部分的內部放置所述第二接觸點(17)，而扁平部分(33)從所述徑向空心平行六面體部分(31)的一側突出，并沿所述軸的方向延伸，其中所述扁平部分(33)沿所述軸方向測量的高度小于所述平行六面體部分沿所述軸方向測量的高度。
35.根據權利要求21-30之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括所述第一區(qū)與所述導電單元(7)之間安排的第三接觸點(21)和第四接觸點(23)，其中所述第三接觸點(21)和第四接觸點(23)限定第二擋板(19)，因此，在與所述第三接觸點(21)和第四接觸點(23)接觸時，所述導電單元(7)閉合第二電路。
36.根據權利要求21-35之任一權利要求的電路，其特征在于，所述第一和第二區(qū)中的每個區(qū)中安排的每個所述電容器板集合相對于對稱中心是中心對稱的，并且其中所述對稱中心與所述導電單元(7)的質心重合。
37.根據權利要求21-35之任一權利要求的電路，其特征在于，所述第一和第二區(qū)中的每個區(qū)中安排的所述電容器板集合是中心對稱的，從而生成相對于所述導電單元(7)的質心的力矩。
38.根據權利要求35-37之任一權利要求的電路，其特征在于，在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)之間延伸的兩個側壁(29)，其中在所述側壁(29)和所述導電單元(7)之間有間隙，所述間隙充分地小，以便從幾何上防止所述導電單元(7)同時接觸由所述第一和第二接觸點(15，17)構成的一組接觸點以及由所述第三和第四接觸點(21，23)構成的一組接觸點。
39.根據權利要求21-38之任一權利要求的電路，其特征在于，所述導電單元(7)有球形外表面。
40.根據權利要求39的電路，其特征在于，所述導電單元(7)是圓柱面。
41.根據權利要求39的電路，其特征在于，所述導電單元(7)是球面。
42.根據權利要求21-40之任一權利要求的電路，其特征在于，所述導電單元(7)有垂直于所述導電單元(7)的所述運動的上表面和下表面，以及至少一個側面，其中所述側面有細微的突出部分。
43.根據權利要求21-42之任一權利要求的電路，其特征在于，所述導電單元(7)是空心的。
44.根據權利要求23的電路，其特征在于，所述第一電容器板(3)和所述第二電容器板(9)有相同的表面積。
45.根據權利要求24的電路，其特征在于，所述第一電容器板(3)的表面積與所述第二電容器板(9)的表面積相等或是它的兩倍。
46.根據權利要求21-45之任一權利要求的電路，其特征在于，所述電容器板(3，5，9，11，35，37)中的一個電容器板同時作為所述接觸點(15，17，21，23)中的一個接觸點。
47.根據權利要求21-46之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括一個用一個所述微型繼電器構成的常斷繼電器，其導電單元(7)是用其接觸能量足以補償其重量的材料加工成形的。
48.根據權利要求21-47之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括一個用一個所述微型繼電器構成的常通繼電器，其導電單元(7)是用其接觸能量足以補償其重量的材料加工成形的。
49.根據權利要求21-48之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括一個常斷繼電器，該常斷繼電器包括用串聯(lián)方式連接的兩個所述微型繼電器，其中第一微型繼電器具有適合于依照第一方向在空間內運動的第一導電單元(7)，并且其中依照垂直于所述第一方向的軸線相對于所述第一微型繼電器把第二微型繼電器旋轉180°，從而兩個微型繼電器的兩個導電元件(7)適合于沿相同方向運動，但是必須反向運動，以到達相同的連接或斷開狀態(tài)。
50.根據權利要求49的電路，其特征在于，第二常斷繼電器與所述常斷繼電器相同，但是安排在空間中以便其導電單元(7)依照垂直于所述第一方向的第二方向運動。
51.根據權利要求50的電路，其特征在于，它包括與所述常斷繼電器相同的第三常斷繼電器，但是安排在空間中以便其導電單元(7)依照垂直于所述第一和第二方向的第三方向運動。
52.根據權利要求21-51之任一權利要求的電路，其特征在于，它包括一個常通繼電器，常通繼電器包括用并聯(lián)方式連接的兩個所述微型繼電器，其中第一微型繼電器具有適合于依照第一方向在空間中運動的第一導電單元(7)，并且其中依照垂直于所述第一方向的第二方向相對于所述第一微型繼電器把第二微型繼電器選擇180°，從而兩個微型繼電器的兩個導電單元(7)適合于沿相同方向運動，但是必須反向運動，以便到達相同的連接或斷開狀態(tài)。
53.根據權利要求52的電路，其特征在于，它包括與所述常通繼電器相同的第二常通繼電器，但是安排在空間中以便其導電單元(7)依照垂直于所述第一方向的第二方向運動。
54.根據權利要求53的電路，其特征在于，它包括與所述常通繼電器相同的第三常通繼電器，但是安排在空間中從而其導電單元(7)依照垂直于所述第一和第二方向的第三方向運動。
55.通過使用根據權利要求1-54之任一權利要求的電路制造電源。
56.通過使用根據權利要求1-54之任一權利要求的電路制造由DC/DC、AD/DC和DC/AC轉換器構成的組中的轉換器。
57.通過使用根據權利要求1-54之任一權利要求的電路制造A/D轉換器。
58.通過使用根據權利要求1-54之任一權利要求的電路制造D/A轉換器。
59.通過使用根據權利要求1-54之任一權利要求的電路制造功率放大器。
全文摘要
調整器電路及其相應用途。該調整器電路包括至少兩個輸入端，包含有至少兩個電抗在內的一組或多組電抗，至少兩個輸出端，適合于彼此連接所述電抗并且適合于連接該電抗的至少一個電抗與該輸入和輸出端的多個互連。該互連包括微型繼電器，微型繼電器允許把所述電抗的串聯(lián)換成并聯(lián)或相反。另外，該電路可以包括電壓監(jiān)控裝置，電源模塊，輸入和輸出保護裝置，參考信號模塊，控制模塊等。該調整器電路具有多種應用，如電荷泵，電源，DC/DC轉換器，DC/AC轉換器，AC/DC轉換器，D/A轉換器，A/D轉換器，功率放大器等。
文檔編號H03M1/00GK1954478SQ200580015782
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月9日 優(yōu)先權日2004年5月19日
發(fā)明者卓塞弗·蒙坦亞·希爾維斯特爾 申請人:寶蘭微系統(tǒng)公司