(57)【要約】マイクロマシン型スイッチングシステムであって、このマイクロマシン型スイッチングシステムは、電気的特性、例えば、マイクロマシン型スイッチングデバイスの入力および出力において形成される寄生容量に起因する電荷を等化する。マイクロマシン型スイッチングデバイスは、ＭＥＭＳリレーまたはＭＥＭＳスイッチであり得る。マイクロマシン型スイッチングデバイスに加え、スイッチングシステムはまた、バランシングモジュールを含み、このバランシングモジュールは、マイクロマシン型スイッチングデバイスの入力と出力との間の電気的特性を等化する。特定の実施形態において、バランシングモジュールは、スイッチを含み、このスイッチは、マイクロマシン型スイッチングデバイスの入力および出力における寄生容量に起因する電荷を実質的に均衡化させる第１の状態で動作可能である。このスイッチはまた、第２の状態でも動作可能である。
2009500807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロマシン型スイッチングシステムであって、
入力および出力を有するマイクロマシン型スイッチングデバイスと、
バランシングモジュールであって、該マイクロマシン型スイッチングデバイスの入力と出力との間の電気的特性を実質的に等化する、バランシングモジュールと
を備えている、マクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項２】
前記電気的特性は、寄生容量によって引き起こされた電荷である、請求項１に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項３】
前記バランシングモジュールは、スイッチを含んでおり、該スイッチは、前記マイクロマシン型スイッチングデバイスの前記入力および前記出力における前記寄生容量に起因する電荷を実質的に均衡化する第１の状態で動作可能であり、かつ寄生容量が該入力および該出力において別々に蓄積し得る第２の状態で動作可能である、請求項２に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項４】
前記バランシングモジュールは、双方向ＤＭＯＳ回路を用いる、マイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項５】
前記マイクロマシン型スイッチングデバイスの前記入力に電気的に接続された信号ドライバ
をさらに含んでいる、請求項１に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項６】
スイッチコントローラであって、スイッチング信号を受信するための入力と、前記マイクロマシン型スイッチングデバイスにゲート電圧を供給するための出力とを有している、スイッチコントローラ
をさらに含んでいる、請求項５に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項７】
前記スイッチコントローラは、該スイッチコントローラが、前記マイクロマシン型スイッチングデバイスにゲート電圧を供給する前に、前記信号ドライバに対して抑止信号を発行する、請求項６に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項８】
前記抑止信号は、前記バランシングモジュールを活性化させる、請求項７に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項９】
前記信号ドライバは、前記スイッチコントローラに抑止信号を送信し、該信号ドライバが信号を出力しているときに、該スイッチコントローラに、前記マイクロマシン型スイッチングデバイスにゲート電圧を供給することを抑止させる、請求項５に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項１０】
抑止回路であって、前記スイッチコントローラが、前記マイクロマシン型スイッチングデバイスにゲート電圧を供給した後に、信号ドライバに、所定の時間にわたって、信号の出力を遅延させる、抑止回路
をさらに含んでいる、請求項５に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項１１】
マイクロマシン型スイッチングシステムであって、該システムは、
マイクロマシン型スイッチングデバイスであって、ゲート、信号入力、および信号出力を含んでいる、マイクロマシン型スイッチングデバイスと、
バランシングモジュールであって、該マイクロマシン型スイッチングデバイスの該信号入力および該信号出力に電気的に接続されている、バランシングモジュールと、
該マイクロマシン型スイッチにゲート電圧を提供するためのスイッチコントローラと
を備えており、
該スイッチコントローラは、信号ドライバに信号を提供し、少なくとも該マイクロマシン型スイッチングデバイスのゲートが状態を変化させる間に、該信号ドライバに、該マイクロマシン型スイッチングデバイスの該信号入力にデータ信号を駆動することを抑止させ、該スイッチコントローラは、該バランシングモジュールに制御信号を提供し、該マイクロマシン型スイッチングデバイスの該信号入力と該信号出力との間の寄生容量に起因する電荷を実質的に均衡化する、マイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項１２】
前記信号ドライバに提供される前記信号はまた、前記バランシングモジュールに提供される前記制御信号でもある、請求項１１に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項１３】
前記制御信号は、少なくとも前記マイクロマシン型スイッチングデバイスのゲートが状態を変化させる間に、前記バランシングモジュールに提供される、請求項１１に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項１４】
マイクロマシン型リレー、スイッチングモジュール、および前記バランシングモジュールは、共通の基板から形成される、請求項１１に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項１５】
前記マイクロマシン型スイッチングデバイスに電気的に接続された、信号を駆動するための信号ドライバであって、該信号ドライバは、前記共通の基板に形成される、信号ドライバ
をさらに含んでいる、請求項１４に記載のマイクロマシン型スイッチングシステム。
【請求項１６】
ＭＥＭＳスイッチングデバイスを含むＭＥＭＳスイッチングシステムを制御するための方法であって、該方法は、
状態変化信号を受信することであって、該状態変化信号は、該ＭＥＭＳスイッチングデバイスが状態を変化させるべきであることを示す、ことと、
該状態変化信号に応答して、抑止信号を生成することと、
該抑止信号を、信号ドライバに、およびバランシングモジュールに送信することと、
該バランシングモジュールにおける該抑止信号の受信に応答して、該バランシングモジュールによって、該ＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力と出力との間の電荷の等化を実質的に引き起こすことと、
該ＭＥＭＳスイッチングデバイスの状態を変化させることと
を包含する、ＭＥＭＳスイッチングシステムを制御するための方法。
【請求項１７】
前記ＭＥＭＳスイッチの状態の変化は、前記信号ドライバが抑止されている間に発生する、請求項１６に記載のＭＥＭＳスイッチングシステムを制御するための方法。
【請求項１８】
前記ＭＥＭＳスイッチングデバイスが状態を変化させた後に、前記抑止信号の送信を停止すること
をさらに含んでいる、請求項１６に記載のＭＥＭＳスイッチングシステムを制御するための方法。
【請求項１９】
前記抑止信号は、所定の期間を有している、請求項１６に記載のＭＥＭＳスイッチングシステムを制御するための方法。
【請求項２０】
前記抑止信号は、前記ＭＥＭＳスイッチングデバイスの前記入力と前記出力と間で、電荷が均衡化されることを可能にする期間の間に伝送される、請求項１６に記載のＭＥＭＳスイッチングシステムを制御するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳスイッチ／リレーに関し、より具体的には、ＭＥＭＳスイッチ／リレーの寿命を延長させるためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン型（ＭＥＭＳ）リレーは、当該技術分野において公知であり、複数の状態を有するほぼ理想的なスイッチを形成するために用いられ得る。図１に示されているように、ＭＥＭＳリレー１００は、片持ち梁（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ  ｂｅａｍ）１０１を含んでおり、この片持ち梁１０１は、ＭＥＭＳリレー１００のゲート１０２における電圧１０５の存在に起因する静電気力の結果として屈曲する。このようにして、梁（ｂｅａｍ）が屈曲するときに、梁の底面の導電部分１０６は、信号経路の第１の部分１０３と信号経路１０４の第２に部分との間の回路経路を完成させる。ＭＥＭＳリレーはほぼ理想的なスイッチを形成するが、それらのサイズが小さいことに起因して、ＭＥＭＳリレーは電荷に対して敏感である。状態の変化の間に、寄生容量の結果として、ＭＥＭＳリレーの入力と出力との間の異なる電圧が、ＭＥＭＳスイッチを流れる大電流を引き起こし得る。ＭＥＭＳリレーの梁が信号経路を完成させた後に、結果として生じた電流は、梁の痕を残させ、梁を閉位置に溶接させる可能性がある。このように、ＭＥＭＳリレーの入力と出力とにおける電荷の不均衡は、使用する電位サイクルの数を大幅に低減させ、結果として、リレーの故障につながり得る。同様に、３つの端子のＭＥＭＳスイッチもまた、同じ問題に見舞われる。
【０００３】
寄生容量の放電に加え、ＭＥＭＳスイッチ／リレーの寿命はまた、「ホットスイッチング（ｈｏｔ−ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）」の結果として、大幅に低減される。ホットスイッチングは、ＭＥＭＳスイッチ／リレーが充電状態にある間に、信号が信号経路に沿って駆動されるときに、発生し得る。ＭＥＭＳスイッチ／リレーの梁が偏向し、部分的に信号経路の一部分と接触するときに、駆動信号は、大電流のサージ（ｓｕｒｇｅ）およびアーチ作用（ａｒｃｈｉｎｇ）を引き起こし得る。この電流におけるサージは、ＭＥＭＳスイッチ／リレーの梁を損傷し、スイッチの故障を引き起こし得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（発明の概要）
第１の局面において、本発明は、マイクロマシン型スイッチングシステムであって、このマイクロマシン型スイッチングシステムは、電気的特性、例えば、マイクロマシン型スイッチングデバイスの入力および出力において形成される寄生容量に起因する電荷を等化する。マイクロマシン型スイッチングデバイスは、ＭＥＭＳリレーまたはＭＥＭＳスイッチであり得る。マイクロマシン型スイッチングデバイスに加え、スイッチングシステムはまた、バランシングモジュールを含み、このバランシングモジュールは、マイクロマシン型スイッチングデバイスの入力と出力との間の電気的特性を等化する。特定の実施形態において、バランシングモジュールは、スイッチを含み、このスイッチは、マイクロマシン型スイッチングデバイスの入力および出力における寄生容量に起因する電荷を実質的に均衡化させる第１の状態で動作可能である。このスイッチはまた、寄生容量がマイクロマシン型スイッチングデバイスの入力および出力において別々に蓄積し得る第２の状態でも動作可能である。マイクロマシン型スイッチングシステムのバランシングモジュールは、双方向ＤＭＯＳ回路網から構築され得る。
【０００５】
スイッチングシステムはまた、信号ドライバおよびスイッチコントローラを含み得る。そのような実施形態において、スイッチングシステムは、ホットスイッチングを防止する。信号ドライバは、マイクロマシン型スイッチングデバイスよりも先行する。スイッチコントローラは、スイッチング信号を受信するための入力と、マイクロマシン型スイッチングデバイスにゲート電圧を供給するための出力とを含んでいる。スイッチコントローラは、このスイッチコントローラが、マイクロマシン型スイッチングデバイスにゲート電圧を供給する前に、信号ドライバに対して抑止信号を発行し得る。一部の実施形態において、抑止信号は、バランシングモジュールを活性化させる。さらにその他の実施形態において、信号ドライバは、スイッチコントローラに抑止信号を送信し、信号ドライバが信号を出力しているときに、スイッチコントローラに、マイクロマシン型スイッチングデバイスにゲート電圧を供給することを抑止させる。
【０００６】
特定の実施形態において、スイッチングシステムは、共通の基板に形成された、マイクロマシン型スイッチングデバイス、バランシングモジュール、およびスイッチコントローラを含む。その他の実施形態において、信号ドライバはまた、スイッチングシステムのその他の要素と共に、共通の基板に形成される。
【０００７】
ＭＥＭＳスイッチングシステムは、以下の方法論を用いて制御され得る。スイッチングシステムは、外部のソース（例えば、プロセッサ）から、状態変化信号を受信し、この状態変化信号は、ＭＥＭＳスイッチングデバイスが状態を変化させるべきであることを示す。状態変化信号に応答して、抑止信号が生成される。抑止信号は、スイッチコントローラによって生成され得る。抑止信号は、信号ドライバに、およびバランシングモジュールに送信される。抑止信号の受信に応答して、バランシングモジュールは、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力と出力との間の電荷の等化を実質的に引き起こす。その後、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの状態が変化される。ＭＥＭＳスイッチの状態は、信号ドライバが抑止されている間に変化する。ＭＥＭＳスイッチングデバイスが状態を変化させた後、抑止信号はもはや伝送されず、信号ドライバはデータ信号を駆動し得る。スイッチコントローラは、所定の期間を有するパルスとして抑止信号を形成するための回路を含み得る。一実施形態において、抑止信号の期間は、この変化がＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力と出力との間において、電荷を実質的に均衡化することができるように、十分に長い期間である。
【０００８】
ＭＥＭＳスイッチングシステムは、自動的テスト機器、セル式電話を含むが、これらには限定されない、複数の環境において、用いられ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の上述の特徴は、添付の図面を参酌して、以下の詳細な説明を参照することにより、より明確に理解される。
【００１０】
（特定の実施形態の詳細な説明）
定義。本明細書の記載および添付の請求の範囲において用いられているように、以下の用語は、文脈上特に断りがない限り、指示されている意味を有し得る：
「ＭＥＭＳスイッチングデバイス」とは、ＭＥＭＳスイッチおよびＭＥＭＳリレーの両方のことを意味する。ＭＥＭＳスイッチは、（ＦＥＴと同様に）ゲート、ソース、およびドレインを含む３つの端子のデバイスであり、作動電圧は「ゲート」に印加され、スイッチ端子のうちの１つ（ソース）に関連する。ＭＥＭＳリレーは、４つの端子（片持ち梁の上の導電層、ゲート、第１の導電経路、および第２の導電経路）のデバイスであり、作動電圧は「ゲート」に印加され、スイッチ経路の両端子から絶縁および分離された導電層に関連する。「信号ドライバ」とは、作動要素、非作動要素、および作動要素と非作動要素との組み合わせを含む電気信号を転送する任意のデバイスを意味する。
【００１１】
ＭＥＭＳスイッチングデバイスは、セル式電話および自動テスト機器を含む、多くの様々なアプリケーションにおいて用いられてきた。ＭＥＭＳデバイスは、商業用としての信頼性を確保するためには、多くのサイクル（しばしば、数億から数十億のサイクル）にわたって、状態を変化させなければならない。ＭＥＭＳスイッチングデバイスのホットスイッチング、ならびにスイッチングの間におけるＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力と出力との間の寄生容量の不均衡の両方は、期待される寿命を、商業用として許容できない程度にしてしまう。実施形態を述べるにあたり、本発明は、以下において、ＭＥＭＳスイッチングデバイスにおいて、ホットスイッチングおよび寄生容量の放電を、実質的に除去するための回路および方法論を開示している。
【００１２】
図２は、ＭＥＭＳスイッチングシステム２００の第１の実施形態を示している回路図である。このスイッチングシステムは、その他の電子回路網と共に、共通の基板（ｓｈａｒｅｄ−ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に形成され得るか、あるいはＭＥＭＳスイッチングシステムは、分離された集積回路に形成され得る。スイッチングシステムにおいて、信号ドライバ２０１は、その後の電子ステージ２０２に接続されるか、あるいはＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３を介して出力される。信号ドライバ２０１は、ＭＥＭＳスイッチングデバイスおよびＭＥＭＳスイッチコントローラ２０４と同じ基板に形成され得るか、あるいは信号ドライバ２０１は、別個の基板に形成され、スイッチコントローラ２０４およびＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３に接続され得る。ＭＥＭＳスイッチグシステム２００は、スイッチングシステムの外部から（すなわち、プロセッサから）状態変化信号を受信し、ＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３の状態を変化させる。スイッチコントローラ２０４は、ＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３のゲート２０５にスイッチング信号を提供する。一般に、スイッチング信号は、約４０Ｖの電圧であり得る。スイッチコントローラ２０４は、電荷ポンプを含み得、スイッチング信号のレベルを、ＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３に対して適切な電荷レベルにまで上昇させ得る。このスイッチング信号は、ＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３の片持ち梁２０６を屈曲させ、ゲート２０５と接触させる。
【００１３】
ＭＥＭＳスイッチングシステムの動作の間、信号経路上の寄生容量２０７Ａ、２０７Ｂに起因する電荷は、ＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３の入力側および出力側に蓄積し、入力と出力との間の電圧の差を形成する。ＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３の入力および出力における電荷の不均衡に起因する状態の変化の間に、大電流が、ＭＥＭＳスイッチングデバイスを流れないようにするために、バランシングモジュール２０８が含まれる。バランシングモジュールは、最も単純な形態としては、一対のＮ−ＭＯＳスイッチであり得、それらのゲートには、制御信号２０９が提供される。以上の結果、制御信号がＮ−ＭＯＳスイッチを作動させるときに、低抵抗の信号経路が形成され、これにより、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力および出力における電荷の再均衡化（ｒｅｂａｌａｎｃｉｎｇ）が可能になる。電荷を再均衡化して、電荷の差を除去することにより、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの梁が閉または開になるときに、電流が生成されなくなる。
【００１４】
寄生容量に起因する電荷の蓄積に加えて、信号が能動的に伝送される（「ホットスイッチング」）間におけるＭＥＭＳスイッチングデバイスの状態変化は、ＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３の損傷または故障を引き起こし得る。ホットスイッチングを回避するために、ＭＥＭＳスイッチングシステムは、データ信号２１０および状態変化信号２１１の同時の伝送を防止するための回路を含む。外部のプロセッサが、ＭＥＭＳシステムに対して、状態変化信号２１１を発行するときに、状態変化信号２１１は、ＭＥＭＳシステムのスイッチコントローラ２０４に向けられる。スイッチコントローラ２０４は、スイッチコントローラ２０４が状態変化信号２１１を受信したときに、信号ドライバ２０１に対し、抑止信号（ｉｎｈｉｂｉｔ  ｓｉｇｎａｌ）２１２を送信する。抑止回路網を含む信号ドライバ２０１は、抑止信号２１２を受信して、信号ドライバ２０１を高インピーダンスモードにスイッチさせる。このようにして、信号ドライバ２０１は、データ信号２１０をＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３に通さない。信号ドライバ２０１が、高インピーダンスモードにある間、スイッチコントローラ２０４は、閉または開のそれぞれのために、ＭＥＭＳスイッチングデバイスのゲート２０５に高電圧を発生させるか、あるいはＭＥＭＳスイッチングデバイスのゲートから電圧を除去する。このことは、当該技術分野において公知な、電荷ポンプまたはブースター回路を用いて達成され得る。一旦、スイッチが状態を変化させると、スイッチコントローラは、抑止信号の伝送を停止し、信号ドライバは、データ信号の伝送を継続する。特定の実施形態において、ドライバ２０１は、データ信号の存在を感知するための回路（例えば、エッジ検出器）を含む。データ信号が、信号ドライバによって感知されると、ドライバは、スイッチコントローラに対してデータ伝送信号を発行し、スイッチコントローラ２０４に、ＭＥＭＳスイッチングデバイス２０３の状態を変化させる。信号ドライバ２０１が、もはやデータ信号を感知しなくなると、信号ドライバは、スイッチコントローラ２０４に向けて、データ伝送信号２１２を送信し、その後、スイッチコントローラ２０４は、外部のプロセッサからの状態変化信号に応答して、スイッチ２０３の状態を変化させ得る。
【００１５】
好適には、バランシング回路およびホットスイッチング回路が、同じＭＥＭＳスイッチングデバイスに含められ得る。これによって、寄生容量によって引き起こされた電荷が、バランシングモジュールによって均衡化され、信号ドライバが抑止されることにより、片持ち梁の底面の導電部分が、第１の信号経路および第２の信号経路と接近するときに、電流がＭＥＭＳスイッチングデバイスを流れなくなる。そのような実施形態において、スイッチコントローラは、バランシングモジュールの活性化のために、抑止信号および制御信号を発生する。特定の実施形態において、抑止信号は、バランシングモジュールに対する制御信号であり得る。以下では、図３〜図５において、バランシングモジュールおよび抑止回路の両方に対するタイミング図が提供されている。これらのタイミング図は単に例示を目的としたものに過ぎないことに留意されたい。また、スイッチが接触する（または接触を断たれる）ときに信号駆動デバイスがオフにされるように、タイミングが配置されること、ならびにＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力と出力との間の寄生容量が均衡する間に、バランシングモジュールが活性化されることのみが、タイミングのための要件であることに留意されたい。図３〜図５に示されているタイミングは、機械的遅延および信号伝達遅延を考慮に入れている。これらの機械的遅延および信号伝達遅延は、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの構成に用いられる、実装およびＩＣプロセッサに依存し得る。
【００１６】
図３は、ＭＥＭＳスイッチングデバイス３００Ａのゲートに対する電圧の印加のタイミング図、ならびにバランシングモジュール３００Ｂのゲートに対する電圧の印加のタイミング図を示している。示されているように、バランシングモジュールのゲートに対する電圧は、ＭＥＭＳスイッチングデバイスに状態の変化を開始させる電圧よりも、デルタｔだけ先にイネーブルにされる。ＭＥＭＳスイッチングデバイスは、バランシングモジュールに対するイネーブル／ディセーブル信号の期間Ｄｔと等しい時間において（または、その後の時間において）状態の変化を完了する。つまり、バランシングモジュールは、ＭＥＭＳスイッチングデバイスが閉状態から開状態に、または開状態から閉状態に遷移したときに（または、その前に）終了する期間Ｄｔの間に、活性化される。期間Ｄｔの間に、バランシングモジュールは、寄生容量によって引き起こされた電荷の差を均衡化し、期間Ｄｔは、好適には、電荷が再均衡化することを可能にするために、ＲＣ時定数（ＲＣ  ｔｉｍｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）と等しい。その他の実施形態において、期間はより短いものであり得、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力と出力との間の電荷の差は、実質的に低減される。そのような実施形態においては、電荷の差は低減されるが、均衡化されないので、電荷の差は、小さな電流を生成し得る。しかしながら、回路網は、小さな電流が、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの寿命に対して、わずかな影響しか有さないように、設計され得る。このように、この実施形態においては、バランシングモジュールは、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの寿命を改善し得るが、最大限に改善するわけではない。
【００１７】
図４は、ホットスイッチングを防止するために用いられるタイミング図を示しており、スイッチコントローラは、信号ドライバを抑止する。スイッチコントローラは、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの状態を変化させるために、スイッチコントローラが、外部ソース（例えば、プロセッサ）から状態変化信号を受信したときに、信号ドライバに対して、抑止信号４００Ｂを発行する。示されているように、抑止信号は、低から高４０１Ｂに遷移する。抑止信号は、信号ドライバを高インピーダンスモードに入れることにより、データ信号４００Ａは、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力に到達しなくなり、信号４０１Ａは伝送されなくなる。スイッチコントローラが、抑止信号を信号ドライバに提供した後、スイッチコントローラは、ＭＥＭＳスイッチングデバイスのゲートに電圧を提供するか、あるいはＭＥＭＳスイッチングデバイスのゲートに電圧を提供することを停止する。示されているように、ＭＥＭＳスイッチングデバイスは、開状態４０１Ｃから閉状態４０２Ｃにスイッチし、スイッチコントローラは、ＭＥＭＳスイッチングデバイスのゲートに電圧を提供する。一旦、ＭＥＭＳスイッチングデバイスが完全に閉にされると、スイッチコントローラは、抑止信号の伝送を停止し、信号ドライバは、データ信号を出力する。ＭＥＭＳスイッチングデバイスが、閉４０２Ｃのとき、データ信号は、ＭＥＭＳスイッチングデバイスからその後のステージへと送られる。理想的な状況において、抑止信号および電圧信号は、スイッチコントローラによって、同時に発行される。実際には、電圧信号は、抑止信号の後に発行され、信号ドライバは高インピーダンスモードにスイッチすることが可能である。特定の実施形態において、プロセッサからの外部の状態変化信号は、抑止信号を形成するために用いられ得、さらには、電荷の均衡化のためのバランシングモジュールに対する信号を形成するために用いられ得る。
【００１８】
図５は、信号ドライバがスイッチコントローラを制御するときに用いられるタイミング図を示している。このように、そのような実施形態において、ドライバは、データ信号５００Ａが存在するときに、スイッチコントローラに対して、データ伝送信号５００Ｂを発行する。結果として、スイッチコントローラは、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの状態を変化させるスイッチング信号５００Ｃを送信しない一方で、ドライバからデータ伝送信号５００Ｂを受信する。この技術は、ユーザがデータ信号に対する制御を有している状況において、特に適切である。例えば、この方法論は、テスト対象のデバイスがテストされる自動テスト機器環境において、適切であり得る。そのような環境において、テスタは、テスト信号を制御し、テストを変更させること、ならびにピン電子回路のドライバとロードとの間をスイッチさせることを所望し得る。ピン電子回路内のＭＥＭＳスイッチングデバイスは、ドライバとロードとの間のスイッチングを可能にし得る。しかしながら、テストの間の遷移は、データ系列が完全に伝送されるまで、発生し得ない。
【００１９】
スイッチコントローラの実施形態は、図６に示されている。スイッチコントローラ６００は、状態変化信号が受信されたときに、自動的な抑止信号の生成を提供し得る。ＭＥＭＳスイッチングデバイスの状態における所望の遷移を示すために、状態変化信号６０１は、低から高の状態で、または高から低の状態で遷移し、その結果、電圧が、スイッチコントローラの入力に提供される。状態変化信号６０１は、分割され、電荷ポンプ６０２および抑止回路６０３に送られる。抑止回路６０３は、所定の長さの時間、例えば５０マイクロ秒にわたって、パルスを生成する。パルスの生成は、所定の長さの時間にわたってパルスを生成することができる任意の回路によって、実行され得る。この所定の長さの時間は、部分的に、ＭＥＭＳスイッチングデバイスが完全に閉である時間によって決定される。パルス生成器の例は、図６に示されている。状態変化信号は、抑止回路に入力され、分割されるが、分解された状態変化信号の第１の部分は、ＲＣ回路６２０に流れ、状態変化信号の第２の部分は、ＸＯＲゲート６３０の入力に流れる。状態変化信号がＲＣ回路６２０に流れるとき、容量は荷電し、その後、容量が完全に荷電されたときに、ドライバ６２５に信号を送る。ドライバ６２５は、ＸＯＲゲート６３０の第２の入力に信号を送信する。ＲＣ回路は、容量を実質的に荷電するためのＲＣ時定数が、ＭＥＭＳ信号伝達デバイスを閉にするための時間に少なくとも等しくなるように、サイズが決められる。ＸＯＲゲート６３０が論理１を出力する一方で、容量は荷電して、容量が荷電した後に、論理０を出力する。このようにして、ＸＯＲゲート６３０の出力は、スイッチの遷移が所望されるときに、高信号になり、所定の期間にわたって、高を維持し得る。抑止回路の出力は、ＯＲゲート６０４に提供され、ＯＲゲート６０４は、信号ドライバ（図示されず）に抑止信号を提供する。加えて、バランシングモジュールに制御信号を提供するために、抑止回路６０３の出力が、バランシングモジュールに提供され得る。結果として、パルス生成のための所定の時間はまた、ＭＥＭＳスイッチングデバイスの入力側と出力側との間の寄生容量に起因する電荷を均衡化するために必要な時間にも基づき得る。このようにして、スイッチコントローラ６００は、バランシングモジュールに電荷を均衡化する一方で、信号ドライバを抑止させ、状態変化信号のみに基づいて、ホットスイッチングを回避する。
【００２０】
加えて、スイッチコントローラは、ユーザ定義の抑止信号が、信号ドライバに送信されることを可能にする。ユーザ定義の抑止信号は、ＯＲゲートの入力に提供される。結果として、ユーザによって抑止信号が所望される場合、ＯＲゲートに提供される抑止信号は、抑止回路によってＯＲゲートに対するその他の入力に提供される信号に関わらず、抑止信号が生成されることを保証する。ユーザ定義の抑止信号は、高速信号であり得、自動的に生成される抑止信号は、回路を通して伝搬するので、比較的低速で生成される。
【００２１】
図７に示されているように、バランシングモジュール７００は、ＤＭＯＳにおいて実装され得る。ＤＭＯＳ回路網を用いることにより、バランシングモジュールは、上部のスイッチ７０５が作動されるときに、双方向の荷電流を引き起こし、電流源７０６の結果として電流が流れることを可能にする。示されている実施形態において、信号は上部の電流スイッチ７０５に提供されるが、下部のスイッチ７０７は開である。トランジスタＮ１およびＮ２（７０１、７０２）は、トランジスタＮ３およびＰ１（７０３、７０４）が、トランジスタＮ１およびＮ２（７０１、７０２）に対して十分なＶｇｓを提供するので、オンにされる。バランシングモジュールは、上部の電流スイッチ７０５が開である一方で、下部の電流スイッチ７０８が閉であって、電流源７０８が電流を生成するときに、オフ状態にある。トランジスタＮ１およびＮ２のゲートは、低下させられ、Ｎ１およびＮ２がオフにされる。このようにして、トランジスタＮ１およびＮ２のソースの間の電圧ノードは、フロートする。電圧ノードがフロートするので、Ｎ１またはＮ２のいずれも、不意にオンになることはない。このようにして、バランシングモジュールは、正しい「オフ」状態を示す。
【００２２】
本発明の様々な例示的な実施形態が上記で開示されてきたが、当業者は、本発明の利点の一部を達成する様々な変更および改変が、本発明の趣旨から逸れることなしに、なされ得ることを理解し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、ＭＥＭＳスイッチングデバイスを示している。
【図２】図２は、ＭＥＭＳスイッチングシステムの第１の実施形態を示している回路図である。
【図３】図３は、ＭＥＭＳスイッチングデバイスのゲートへの電圧の印加のタイミング図であり、電圧は、ＭＥＭＳスイッチデバイスおよびバランシングモジュールの両方のゲートに印加される。
【図４】図４は、信号ドライバを抑止することによってホットスイッチングを防止するために用いられるタイミング図を示している。
【図５】図５は、信号ドライバがスイッチングを制御することによって、ホットスイッチングを防止するときに用いられるタイミング図を示している。
【図６】図６は、抑止モジュールを示している。
【図７】図７は、ＤＭＯＳにおいて実装されるバランシングモジュールの回路図を示している。
【図１】
2009500807.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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