WO2023006302A1 - Verfahren zur ansteuerung einer piezoelektrischen antriebseinheit - Google Patents

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Hendrik Specht
Frank Schatz
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Robert Bosch GmbH
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a piezoelectric drive unit.
  • the invention relates to a circuit arrangement for controlling a piezoelectric drive unit and a micromechanical oscillation system.
  • Piezoelectric drives for micromirrors are known.
  • a thin layer of PZT is usually applied to a silicon element. Applying a voltage to the thin film changes its thickness and lateral extent. Similar to the bimetal under temperature, the entire system of silicon and PZT is bent under tension, which is used to drive the mirror.
  • a bipolar drive in which the voltage signal is periodically alternating in the positive and negative voltage range and the coercive field is comparatively small, is undesirable since this leads to a doubling of the movement frequency of the transducer.
  • document EP 3220183 A1 describes a drive in which a piezo element is driven by means of a periodic signal and a control circuit ensures that the minimum of this signal never falls below 0 volts.
  • the invention is based on the object of developing a simplified method for controlling a piezoelectric drive unit.
  • a method for controlling a piezoelectric drive unit according to claim 1 is proposed.
  • a circuit arrangement for driving a piezoelectric Drive unit according to claim 14 and a micromechanical vibration system according to claim 18 proposed.
  • a first control signal is initially applied to a first electrode of a first piezo element of the piezoelectric drive unit.
  • the first electrode is in particular the first upper electrode of the first piezo element.
  • a second control signal is applied to a second electrode of the first piezo element of the piezoelectric drive unit.
  • the second electrode is in particular a second lower electrode of the piezo element.
  • the first and second electrodes are arranged opposite one another and an electric field is built up between the two electrodes by applying a respective voltage.
  • the first control signal is in the form of a, in particular continuously, positive first voltage signal.
  • the second drive signal is in the form of a constant second voltage signal.
  • the first control signal is always greater than the second control signal. This means that the value of the first voltage signal is always greater than the value of the second voltage signal.
  • the starting point here is not the absolute value of the respective voltage signal, but negative control signals or voltage signals can also be present.
  • a periodic first voltage signal which runs continuously between 0.5 volts and 1.5 volts, is to be regarded as a larger drive signal than a constant second voltage signal, which runs constantly at -3 volts.
  • the control signals can also be referred to as drive signals.
  • a unipolar drive of the piezoelectric drive unit is generated by the control method described.
  • An advantage here is that the polarization of the material is not reversed at each period. This polarity reversal can lead to a deterioration in the material properties and to increased energy consumption.
  • the magnitude of the electrical field between the two electrodes of the piezoelectric element and thus a defined operating point can be set easily by the described different activation of the first and second electrodes.
  • piezoelectric materials are often used in one defined operating point at which a defined field above the hysteresis prevails and the drive is then operated with a smaller amplitude around this field.
  • the piezoelectric coefficient e31 depends on the operating point. For a suitable operating point, one gets more lateral strain per field.
  • the first control signal is preferably generated by means of an ASIC (application-specific integrated circuit).
  • ASICs are operated under low voltages.
  • the control method makes it possible to use the voltage that the ASIC can supply, e.g. 3.3V.
  • the signal is generated within this voltage range and applied to the first electrode of the piezo element. It does not matter whether the range between 1 and 2V, between 2 and 3V or 0 and 1V or even the entire range is used. Therefore, there is no need for a control circle to monitor the area used. For large quantities, an ASIC is cheaper than a discrete circuit.
  • a size of an ASIC is, particularly significantly, smaller than the size of a discretely constructed circuit.
  • the positive first voltage signal is preferably composed of a constant, positive third voltage signal and a periodic positive fourth voltage signal.
  • the constant, positive third voltage signal is preferably present at a voltage reference point of the ASIC.
  • the constant, positive third voltage signal is present at an analog front end of the ASIC.
  • the voltage reference point of the analog front end of the ASIC is raised with respect to the circuit ground.
  • the constant, positive third voltage signal is preferably generated by means of a first constant voltage source.
  • the first constant voltage source is preferably integrated in the ASIC.
  • the first constant voltage source is preferably arranged outside of the ASIC.
  • the second drive signal is preferably a constant 0V, that is to say it is connected to circuit ground.
  • the second control signal is preferably generated by means of a second, in particular external, constant voltage source.
  • the constant second voltage signal has a constant negative voltage.
  • the setting of the working point of the first piezo element is thus made possible by means of the second constant voltage source, the potential of which is applied to the second electrode of the actuator. This potential is negative compared to the potential of the first control signal, in particular the ground of the ASIC.
  • the level of the potential can be freely selected and is set depending on the desired operating point. Since it uses a constant voltage source that is independent of the first control signal, in particular of the ASIC, the level can also be freely selected.
  • the first voltage signal preferably runs periodically.
  • the first voltage signal preferably runs sinusoidally.
  • the first voltage signal is parabola-shaped as a truncated sinusoidal signal.
  • the first voltage signal runs in the form of a square wave.
  • the method for controlling a piezoelectric drive unit of a micromirror is preferably used.
  • the first piezo element is preferably controlled in such a way that the micromirror moves, in particular resonantly, about a first and/or second axis of rotation of the micromirror.
  • the method serves to control a piezoelectric drive unit of a micromirror with a first pair of wings and a second pair of wings.
  • the first piezo element is designed as a first PZT layer with the first electrode and the second electrode. The first PZT layer is only arranged on the first or alternatively on the second pair of wings.
  • the piezoelectric drive unit of the micromirror additionally has a second PZT layer as a second piezo element with a third electrode, in particular a third upper electrode, and a fourth electrode, in particular a fourth lower electrode.
  • the first PZT layer is arranged on the first pair of wings and the second PZT layer is arranged on the second pair.
  • a third control signal is applied to the third electrode of the second PZT layer.
  • a fourth drive signal to the applied fourth electrode of the second PZT layer.
  • the third control signal is embodied as a fifth voltage signal, which is in particular continuously positive.
  • the fourth control signal is in the form of a constant sixth voltage signal.
  • the third control signal is always greater than the fourth control signal. Since the PZT can only be moved in one direction due to the strain curve, a wing cannot be pushed down in a stress-free state. Therefore, both wings are preferably initially bent upwards with a basic tension. Subsequently, by reducing the tension, the wing can also be bent down from this new state of rest. So that the vanes oscillate in opposite directions to one another, the positive first voltage signal and the positive fifth voltage signal run offset in time, in particular offset by 180°, to one another.
  • the first and fifth voltage signals preferably have the same frequency.
  • a further subject matter of the present application is a circuit arrangement for controlling a piezoelectric drive unit.
  • the circuit arrangement has a first signal generation unit, which is used to generate a first control signal for a first electrode, in particular a first upper electrode, of a first piezo element of the piezoelectric drive unit.
  • the circuit arrangement has a second signal generation unit, which is used to generate a second control signal for a second electrode, in particular a second lower electrode, of the first piezo element of the piezoelectric drive unit.
  • the first signal generation unit is designed to generate the first control signal in such a way that the first control signal is in the form of a first voltage signal that is, in particular, continuously positive.
  • the second signal generation unit is designed to generate the second control signal in such a way that the second control signal is in the form of a constant second voltage signal.
  • the first control signal is always greater than the second control signal.
  • the first signal generation unit is preferably designed as an ASIC.
  • the circuit arrangement preferably additionally comprises a third constant voltage source which is connected to the ASIC and supplies the ASIC with a constant seventh voltage signal.
  • the constant seventh voltage signal is here also called referred to as the basic voltage of the ASIC.
  • the ASIC internally generates a periodic positive fourth voltage signal from the constant seventh voltage signal.
  • the circuit arrangement also includes a first constant voltage source which is connected to the ASIC and generates a constant, positive third voltage signal. In this case, the positive first voltage signal is composed of the third voltage signal and the fourth voltage signal.
  • the circuit arrangement also includes a second constant voltage source for generating the second drive signal. In this case, the constant second voltage signal has a constant negative voltage.
  • a further object of the present invention is a micromechanical oscillation system with a micromirror, a piezoelectric drive unit, in particular the micromirror, and a previously described circuit arrangement for controlling the piezoelectric drive unit.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a method for controlling a piezoelectric drive unit.
  • FIG. 2a schematically shows a first embodiment of a circuit arrangement for controlling a piezoelectric drive unit.
  • FIG. 2b schematically shows a second embodiment of a circuit arrangement for controlling a piezoelectric drive unit.
  • FIG. 2c schematically shows a third embodiment of a circuit arrangement for controlling a piezoelectric drive unit.
  • FIG. 3 schematically shows a micromechanical oscillation system.
  • FIG. 4a shows a first sinusoidal profile of a first, second, third and fourth drive signal for electrodes of a piezo element.
  • FIG. 4b shows a second sinusoidal course of a first, second, third and fourth drive signal for electrodes of a piezo element.
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a method for controlling a piezoelectric drive unit in the form of a flowchart.
  • a first control signal is applied to a first electrode, in particular a first upper electrode, of a first piezo element of the piezoelectric drive unit.
  • the first control signal is in the form of a, in particular continuously, positive first voltage signal.
  • a second control signal is applied to a second electrode, in particular a second lower electrode, of the first piezo element of the piezoelectric drive unit.
  • the second drive signal is in the form of a constant second voltage signal.
  • the first control signal is always greater than the second control signal.
  • the first control signal is generated in method step 10 using an ASIC.
  • the positive first voltage signal is composed of a constant, positive third voltage signal and a periodically running positive fourth voltage signal.
  • the constant, positive third voltage signal is present at a voltage reference point of the ASIC.
  • the constant, positive third voltage signal is present at an analog front end of the ASIC.
  • the constant, positive third voltage signal is also optionally generated by means of a first constant voltage source.
  • the second control signal is optionally constant 0V.
  • the second control signal is optionally generated by means of a second, in particular external, constant voltage source.
  • the constant second voltage signal has a constant negative voltage.
  • the first voltage signal runs periodically.
  • the method is used to control a piezoelectric drive unit of a micromirror.
  • the first piezo element is controlled in such a way that the micromirror moves, in particular resonantly, about a first and/or second axis of rotation of the micromirror.
  • the method serves to control a piezoelectric drive unit of a micromirror with a first pair of wings and a second pair of wings.
  • the first piezo element is designed as a first PZT layer with the first electrode and the second electrode. The PZT layer is only arranged on the first pair of wings.
  • the piezoelectric drive unit of the micromirror additionally has a second PZT layer as a second piezo element with a third electrode, in particular a third upper electrode, and a fourth electrode, in particular a fourth lower electrode.
  • the second PZT layer is arranged on the second pair of wings.
  • a third drive signal is applied to the third electrode of the second PZT layer.
  • the third control signal is in the form of a fifth voltage signal, which is in particular continuously positive.
  • a fourth control signal is applied to the fourth electrode of the second PZT layer.
  • the fourth drive signal is in the form of a constant sixth voltage signal.
  • the third control signal is always greater than the fourth control signal.
  • the fourth control signal corresponds to the second control signal.
  • the positive first voltage signal and the positive fifth voltage signal are offset in time, in particular offset by 180°, relative to one another.
  • FIG. 2a shows schematically a first embodiment of a circuit arrangement 73 for driving a piezoelectric drive unit 81.
  • the circuit arrangement 73 has a first signal generation unit 70 for generating a first drive signal for a first upper electrode 90a of a first piezo element 95 of the piezoelectric Drive unit 81 on.
  • the first drive signal is forwarded to the first electrode 90a by means of a first line 80 .
  • the circuit arrangement 73 has a second signal generation unit 50a for generating a second control signal for a second lower electrode 90b of the first piezo element 95 of the piezoelectric drive unit 81 .
  • the second drive signal is passed on to the second electrode 90b by means of a second line 59 .
  • the first signal generation unit 70 which is embodied here as an ASIC, is embodied to generate the first control signal in such a way that the first control signal is embodied as an, in particular continuously, positive first voltage signal.
  • the second signal generation unit 50a is designed to generate the second control signal in such a way that the second control signal is in the form of a constant second voltage signal.
  • the first control signal is always greater than the second control signal.
  • the second signal generation unit 50a is designed as a second constant voltage source 60 for generating the second drive signal.
  • the constant second voltage signal has a constant negative voltage.
  • the circuit arrangement 73 for controlling a piezoelectric drive unit 81 of a micromirror is designed with a first pair of wings and a second pair of wings. Disposed on each of the four wings is one of the PZT layers 95, 96, 97 and 98 with respective top electrodes 90a, 91a, 92a and 93a and bottom electrodes 90b, 91b, 92b and 93b.
  • the first signal generation unit 70 drives the top electrodes 90a and 91a of the PZT layers 95 and 96 using the first drive signal.
  • the first signal generation unit 70 To control the top electrodes 92a and 93a of the PZT layers 97 and 98, the first signal generation unit 70 generates a third control signal, which is in the form of a fifth voltage signal, which is in particular continuously positive, and is forwarded to the top electrodes 92a and 93a via the line 85 .
  • the lower electrodes 93b and 92b are driven by a fourth drive signal, which in this case corresponds to the second drive signal.
  • the circuit ground is present at the point 55 of the circuit arrangement 73 .
  • the ASIC is connected to the third constant voltage source 65 and has an analog front end 75 .
  • Figure 2b schematically shows a second embodiment of a circuit arrangement 74 for controlling the piezoelectric drive unit 81.
  • the circuit arrangement 74 has a first constant voltage source 61, which is connected to the ASIC as the first signal generation unit 70 and a constant, positive third voltage signal generated.
  • the ASIC is also connected to the third constant voltage source 65, which generates a constant seventh voltage signal as the so-called basic voltage, from which the ASIC internally generates a periodic positive fourth voltage signal.
  • the positive first voltage signal is therefore composed of the third voltage signal and the fourth voltage signal.
  • the additional constant voltage source 77 serves to readjust the potential at the ASIC, which has been shifted by the voltage source 61, also for the voltage supply of the ASIC.
  • the further constant voltage source 77 thus supplies a constant, positive voltage signal at the level of the third voltage signal, in order to also raise the potential of the ASIC with respect to the circuit ground 55.
  • the second signal generation unit 50b is connected to the circuit ground 55 and thus supplies a constant second voltage signal of 0V.
  • FIG. 2c schematically shows a third embodiment of a circuit arrangement 76 for controlling the piezoelectric drive unit 81.
  • the first constant voltage source 61 is connected to the analog front end 75 of the ASIC.
  • the voltage reference point of the analog front end 75 of the ASIC is raised with respect to the circuit ground 55.
  • the second signal generation unit 50b is also connected to the circuit ground 55 here and thus supplies a constant second voltage signal of 0V.
  • FIG. 3 shows a schematic top view of a micromechanical oscillation system 100 with a micromirror 101 and a piezoelectric drive unit of the micromirror 101.
  • the micromechanical oscillation system 100 has a circuit arrangement, not shown here, for controlling the piezoelectric drive unit.
  • the micromirror 101 has a first pair of wings 105 and a second pair of wings 106 .
  • On the A second PZT layer is applied in each case to the third pair of wings 105 as the first piezo element 103 .
  • a second PZT layer is applied as a second piezo element 107 to the second pair of wings 106 .
  • the micromirror 101 is connected to a frame element 102 by means of two spring elements 104 .
  • the piezoelectric drive unit is controlled by the circuit arrangement in such a way that the micromirror 101 moves resonantly about a first 108 and/or second axis of rotation 109 of the micromirror 101 .
  • FIG. 4a shows a first and a second sinusoidal curve of a first 124a, second 130a, third 125a and fourth drive signal for electrodes of a respective piezo element of a piezoelectric drive unit for a micromirror with a first pair of wings and a second pair of wings.
  • the control signals shown describe a possible profile of the control signals for the electrodes of the PZT layers 95, 96, 97 and 98 from FIG. 2a.
  • the voltage in volts is plotted on the Y axis 121 and the time in seconds is plotted on the X axis.
  • the first sinusoidal drive signal 124a is applied to the upper electrodes of the third pair of wings and the third sinusoidal drive signal 125a with the same frequency is applied to the upper electrodes of the second pair of wings offset by 180°.
  • the first drive signal 124a runs as a first voltage signal, alternating between the Y-axis section 126b and 126a, and is in the form of a continuously positive voltage signal.
  • the Y-intercept 126a may be 0.1V and the Y-intercept 126b may be 3V.
  • the third drive signal 125a runs as a fifth voltage signal, likewise alternating between the Y-axis section 126b and 126a and is in the form of a continuously positive voltage signal.
  • the first and third control signals are generated using an ASIC.
  • a second drive signal 130a is applied to the bottom electrodes of the first pair of wings.
  • the second drive signal 130a is in the form of a constant second voltage signal, which in this exemplary embodiment has a constant negative voltage and runs through the Y-axis section 123a.
  • the first control signal 124a is therefore always greater than the second control signal 130a.
  • a fourth control signal is applied to the second pair of wings, which in this case corresponds to the second control signal 130a.
  • FIG. 4b shows the possible course of the first 124b, second 130b, third 125b and fourth drive signal for the electrodes of the PZT layers 95, 96, 97 and 98 from FIG. 2b or 2c.
  • the first drive signal 124b runs as a continuously positive first voltage signal, alternating between the Y-axis sections 126c and 126d.
  • the positive first voltage signal is composed of a constant, positive third voltage signal 131 and a sinusoidal positive fourth voltage signal.
  • the constant positive third voltage signal here runs through the Y-axis section 126d.
  • the Y-intercept 126d may be 5V and the Y-intercept 126c may be 8V.
  • the third drive signal 125b runs as a fifth voltage signal, also alternating between the Y-axis section 126c and 126d and is in turn designed as a continuously positive fifth voltage signal.
  • the positive fifth voltage signal is also composed of a constant and a sinusoidal voltage signal.
  • the Y-axis intercept 128 denotes circuit ground and in this case the second drive signal 130b, as well as the fourth drive signal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit (81). Hierbei wird ein erstes Ansteuersignal an eine erste Elektrode (90a) eines ersten Piezoelements (95) der piezoelektrischen Antriebseinheit (81) angelegt. Zusätzlich wird ein zweites Ansteuersignal an eine zweite Elektrode (90b) des ersten Piezoelements (95) der piezoelektrischen Antriebseinheit (81) angelegt. Das erste Ansteuersignal ist als ein durchgehend positives erstes Spannungssignal ausgebildet. Das zweite Ansteuersignal ist als ein konstantes zweites Spannungssignal ausgebildet. Das erste Ansteuersignal ist stets größer als das zweite Ansteuersignal.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit. Zusätzlich betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit und ein mikromechanisches Schwingungssystem.
Stand der Technik
Piezoelektrische Antriebe für Mikrospiegel sind bekannt. Meist wird hierbei eine dünne Schicht PZT auf ein Siliziumelement aufgebracht. Durch Anlegen einer Spannung an die Dünnschicht verändert sich deren Dicke und deren laterale Ausdehnung. Ähnlich wie beim Bimetall unter Temperatur wird unter Spannung das Gesamtsystem aus Silizium und PZT gebogen, was zum Antrieb des Spiegels genutzt wird. Bei solch einem piezoelektrischen Antrieb ist ein bipolarer Antrieb, bei dem das Spannungssignal periodisch wechselnd im positiven und negativen Spannungsbereich liegt und das Koerzitivfeld vergleichsweise klein ist, unerwünscht, da dies zu einer Verdopplung der Bewegungsfrequenz des Wandlers führt.
Zum Erzeugen eines unipolaren Antriebs wird in dem Dokument EP 3220183 Al ein Antrieb beschrieben, bei dem ein Piezoelement mittels eines periodischen Signals angesteuert wird und ein Kontrollkreis darauf achtet, dass das Minimum dieses Signals nie kleiner wird als 0 Volt.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit zu entwickeln.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Zudem wird eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit gemäß Anspruch 14 und ein mikromechanisches Schwingungssystem gemäß Anspruch 18 vorgeschlagen.
Bei dem Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit wird zunächst ein erstes Ansteuersignal an eine erste Elektrode eines ersten Piezoelements der piezoelektrischen Antriebseinheit angelegt. Bei der ersten Elektrode handelt es sich insbesondere um die erste obere Elektrode des ersten Piezoelements. Weiterhin wird ein zweites Ansteuersignal an eine zweite Elektrode des ersten Piezoelements der piezoelektrischen Antriebseinheit angelegt. Bei der zweiten Elektrode handelt es sich insbesondere um eine zweite untere Elektrode des Piezoelements. Die erste und zweite Elektrode sind gegenüberliegend voneinander angeordnet und durch Anlegen einer jeweiligen Spannung wird ein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden aufgebaut. Das erste Ansteuersignal ist hierbei als ein, insbesondere durchgehend, positives erstes Spannungssignal ausgebildet. Das zweite Ansteuersignal ist demgegenüber als ein konstantes zweites Spannungssignal ausgebildet. Das erste Ansteuersignal ist stets größer als das zweite Ansteuersignal. Das bedeutet, dass der Wert des ersten Spannungssignals immer größer ist als der Wert des zweiten Spannungssignals. Hierbei wird nicht von dem Betrag des jeweiligen Spannungssignals ausgegangen, sondern es können auch negative Ansteuersignale bzw. Spannungssignale vorliegen. So ist beispielsweise ein periodisches erstes Spannungssignal, welches durchgehend zwischen 0,5 Volt und 1,5 Volt verläuft, als ein größeres Ansteuersignal anzusehen, als ein konstantes zweites Spannungssignal welches konstant bei -3 Volt verläuft. Bei den Ansteuersignalen kann auch von Antriebssignalen gesprochen werden.
Durch das beschriebene Ansteuerverfahren wird ein unipolarer Antrieb der piezoelektrischen Antriebseinheit erzeugt. Hierbei ist ein Vorteil, dass die Polarisation des Materials nicht bei jeder Periode umgedreht wird. Dieses Umpolen kann zu Verschlechterung der Materialeigenschaften und zu erhöhtem Energieverbrauch führen. Zudem kann durch die beschriebene unterschiedliche Ansteuerung der ersten und zweiten Elektrode die Größe des elektrischen Felds zwischen den beiden Elektroden des Piezoelements und somit ein definierter Arbeitspunkt einfach eingestellt werden. Um die Effekte des Hysterese- Verhaltens im Bereich kleiner elektrischer Felder und damit kleiner Spannungen zu vermeiden (Hysterese bedeutet immer, dass das Verhalten von der Vorgeschichte abhängt) betreibt man piezoelektrische Materialien gerne in einem definierten Arbeitspunkt, bei dem ein definiertes Feld oberhalb der Hysterese vorherrscht und der Antrieb dann mit kleinerer Amplitude um dieses Feld herum betrieben wird. Der piezoelektrische Koeffizient e31 ist vom Arbeitspunkt abhängig. Für einen geeigneten Arbeitspunkt erhält man mehr laterale Dehnung pro Feld.
Vorzugsweise wird das erste Ansteuersignal mittels eines ASIC (application- specific integrated Circuit) erzeugt. ASICs werden unter kleinen Spannungen betrieben. Durch das Ansteuerverfahren wird es ermöglicht, dass die Spannung genutzt wird, die der ASIC liefern kann, z.B. 3,3V. Innerhalb dieses Spannungsbereiches wird das Signal generiert und an die erste Elektrode des Piezoelements angelegt. Es spielt dabei keine Rolle, ob dazu der Bereich zwischen 1 und 2V, zwischen 2 und 3V oder 0 und 1 V oder auch der ganze Bereich verwendet wird. Daher muss auch kein Kontrollkreis vorgehalten werden, der den verwendeten Bereich kontrolliert. Für hohe Stückzahlen ist ein ASIC im Vergleich zu einer diskret aufgebauten Schaltung kostengünstiger. Außerdem ist eine Größe eines ASICs, insbesondere wesentlich, kleiner als die Größe einer diskret aufgebauten Schaltung.
Bevorzugt wird das positive erste Spannungssignal aus einem konstanten, positiven dritten Spannungssignal und einem periodisch verlaufenden positiven vierten Spannungssignal zusammengesetzt. Vorzugsweise liegt in diesem Zusammenhang das konstante, positive dritte Spannungssignal an einem Spannungsbezugspunkt des ASIC an. Somit wird der Spannungsbezugspunkt des ASIC gegenüber der Schaltungsmasse angehoben. Alternativ hierzu liegt das konstante, positive dritte Spannungssignal an einem Analog-Frontend des ASIC an. Somit wird der Spannungsbezugspunkt des Analog-Frontends des ASIC gegenüber der Schaltungsmasse angehoben. Bevorzugt wird das konstante, positive dritte Spannungssignal mittels einer ersten Konstantspannungsquelle erzeugt. Hierbei ist die erste Konstantspannungsquelle vorzugsweise in dem ASIC integriert. Alternativ hierzu ist die erste Konstantspannungsquelle bevorzugt außerhalb des ASIC angeordnet. Vorzugsweise beträgt das zweite Ansteuersignal konstant 0V, ist also auf Schaltungsmasse gelegt. Vorzugsweise wird das zweite Ansteuersignal mittels einer zweiten, insbesondere externen, Konstantspannungsquelle erzeugt. Das konstante zweite Spannungssignal weist hierbei eine konstante negative Spannung auf. Die Einstellung des Arbeitspunktes des ersten Piezoelements wird somit mittels der zweiten Konstantspannungsquelle ermöglicht, deren Potential an die zweite Elektrode des Aktors gelegt wird. Dieses Potential ist gegenüber dem Potential des ersten Ansteuersignals, insbesondere der Masse des ASIC, negativ. Die Höhe des Potentials kann frei gewählt werden und wird je nach gewünschtem Arbeitspunkt eingestellt. Da es eine vom ersten Ansteuersignal, insbesondere des ASIC, unabhängige Konstantspannungsquelle nutzt, ist auch die Höhe frei wählbar.
Vorzugsweise verläuft das erste Spannungssignal periodisch. Bevorzugt verläuft das erste Spannungssignal in diesem Zusammenhang sinusförmig. Alternativ verläuft das erste Spannungssignal parabelförmig als ein abgeschnittenes sinusförmiges Signal. Weiterhin alternativ verläuft das erste Spannungssignal rechteckförmig.
Bevorzugt wird das Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit eines Mikrospiegels verwendet. In diesem Zusammenhang wird das erste Piezoelement vorzugweise derart angesteuert, dass sich der Mikrospiegel um eine erste und/oder zweite Drehachse des Mikrospiegels, insbesondere resonant, bewegt. In diesem Zusammenhang dient das Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit eines Mikrospiegels mit einem ersten Flügelpaar und einem zweiten Flügelpaar. Das erste Piezoelement ist hierbei als eine erste PZT-Schicht mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildet. Die erste PZT-Schicht ist lediglich auf dem ersten oder alternativ auf dem zweiten Flügelpaar angeordnet. Weiterhin weist die piezoelektrische Antriebseinheit des Mikrospiegels zusätzlich eine zweite PZT- Schicht als ein zweites Piezoelement mit einer dritten Elektrode, insbesondere einer dritten oberen Elektrode, und einer vierten Elektrode, insbesondere einer vierten unteren Elektrode, auf. Die erste PZT-Schicht ist hierbei auf dem ersten und die zweite PZT-Schicht auf dem zweiten Flügelpaar angeordnet. Es wird zusätzlich zu dem ersten und zweiten Ansteuersignal, welche an dem ersten Piezoelement anliegen, ein drittes Ansteuersignal an die dritte Elektrode der zweiten PZT-Schicht angelegt. Außerdem wird ein viertes Ansteuersignal an die vierte Elektrode der zweiten PZT-Schicht angelegt. Das dritte Ansteuersignal ist hierbei als ein, insbesondere durchgehend, positives fünftes Spannungssignal ausgebildet. Das vierte Ansteuersignal ist demgegenüber als ein konstantes sechstes Spannungssignal ausgebildet. Das dritte Ansteuersignal ist stets größer als das vierte Ansteuersignal. Da sich aufgrund der Dehnungskurve PZT nur in eine Richtung bewegen lässt, lässt sich ein Flügel in einem spannungslosen Zustand nicht nach unten drücken. Daher werden beide Flügel vorzugsweise zunächst mit einer Grundspannung nach oben gebogen. Folgend kann der Flügel durch Reduzierung der Spannung auch aus diesem neuen Ruhezustand nach unten gebogen werden. Damit die Flügel entgegengesetzt zueinander schwingen, verlaufen das positive erste Spannungssignal und das positive fünfte Spannungssignal zeitlich versetzt, insbesondere um 180° versetzt, zueinander. Bevorzugt weisen das erste und fünfte Spannungssignal dieselbe Frequenz auf.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit. Die Schaltungsanordnung weist hierbei eine erste Signalerzeugungseinheit auf, welche zur Erzeugung eines ersten Ansteuersignals für eine erste Elektrode, insbesondere eine erste obere Elektrode, eines ersten Piezoelements der piezoelektrischen Antriebseinheit dient. Zusätzlich weist die Schaltungsanordnung eine zweite Signalerzeugungseinheit auf, welche zur Erzeugung eines zweiten Ansteuersignals für eine zweite Elektrode, insbesondere eine zweite untere Elektrode, des ersten Piezoelements der piezoelektrischen Antriebseinheit dient. Die erste Signalerzeugungseinheit ist dazu ausgebildet, das erste Ansteuersignal derart zu erzeugen, dass das erste Ansteuersignal als ein, insbesondere durchgehend, positives erstes Spannungssignal ausgebildet ist. Die zweite Signalerzeugungseinheit ist dazu ausgebildet, das zweite Ansteuersignal derart zu erzeugen, dass das zweite Ansteuersignal als ein konstantes zweites Spannungssignal ausgebildet ist. Das erste Ansteuersignal ist stets größer als das zweite Ansteuersignal.
Vorzugsweise ist die erste Signalerzeugungseinheit als ein ASIC ausgebildet. Bevorzugt umfasst die Schaltungsanordnung in diesem Zusammenhang zusätzlich eine dritte Konstantsspannungsquelle, welche an den ASIC angeschlossen ist und den ASIC mit einem konstanten siebten Spannungssignal versorgt. Das konstante siebte Spannungssignal wird hierbei auch als Grundspannung des ASIC bezeichnet. Aus dem konstanten siebten Spannungssignal erzeugt der ASIC intern ein periodisch verlaufendes positives viertes Spannungssignal. Außerdem umfasst die Schaltungsanordnung zusätzlich eine erste Konstantspannungsquelle, welche an den ASIC angeschlossen ist und ein konstantes, positives drittes Spannungssignal erzeugt. Das positive erste Spannungssignal setzt sich hierbei aus dem dritten Spannungssignal und dem vierten Spannungssignal zusammen. Alternativ umfasst die Schaltungsanordnung zusätzlich eine zweite Konstantspannungsquelle zur Erzeugung des zweiten Ansteuersignals. Das konstante zweite Spannungssignal weist hierbei eine konstante negative Spannung auf.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mikromechanisches Schwingungssystem mit einem Mikrospiegel, einer piezoelektrischen Antriebseinheit, insbesondere des Mikrospiegels, und einer zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der piezoelektrischen Antriebseinheit.
Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit.
Figur 2a zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit.
Figur 2b zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit.
Figur 2c zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit.
Figur 3 zeigt schematisch ein mikromechanisches Schwingungssystem.
Figur 4a zeigt einen ersten sinusförmigen Verlauf eines ersten, zweiten, dritten und vierten Ansteuersignals für Elektroden eines Piezoelements. Figur 4b zeigt einen zweiten sinusförmigen Verlauf eines ersten, zweiten, dritten und vierten Ansteuersignals für Elektroden eines Piezoelements.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch in Form eines Ablaufdiagramms eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit. Hierbei wird in einem Verfahrensschritt 10 ein erstes Ansteuersignal an eine erste Elektrode, insbesondere eine erste obere Elektrode, eines ersten Piezoelements der piezoelektrischen Antriebseinheit angelegt. Das erste Ansteuersignal ist hierbei als ein, insbesondere durchgehend, positives erstes Spannungssignal ausgebildet. In einem folgenden Verfahrensschritt 20 wird ein zweites Ansteuersignal an eine zweite Elektrode, insbesondere eine zweite untere Elektrode, des ersten Piezoelements der piezoelektrischen Antriebseinheit angelegt. Das zweite Ansteuersignal ist als ein konstantes zweites Spannungssignal ausgebildet. Das erste Ansteuersignal ist stets größer als das zweite Ansteuersignal.
Optional wird das erste Ansteuersignal in Verfahrensschritt 10 mittels eines ASIC erzeugt.
Weiterhin optional ist das positive erste Spannungssignal aus einem konstanten, positiven dritten Spannungssignal und einem periodisch verlaufenden positiven vierten Spannungssignal zusammengesetzt.
Weiterhin optional liegt das konstante, positive dritte Spannungssignal an einem Spannungsbezugspunkt des ASIC an. Alternativ hierzu liegt das konstante, positive dritte Spannungssignal an einem Analog-Frontend des ASIC an. Das konstante, positive dritte Spannungssignal wird weiterhin optional mittels einer ersten Konstantspannungsquelle erzeugt. Das zweite Ansteuersignal beträgt optional konstant 0V.
Alternativ hierzu wird optional das zweite Ansteuersignal mittels einer zweiten, insbesondere externen, Konstantspannungsquelle erzeugt. Das konstante zweite Spannungssignal weist hierbei eine konstante negative Spannung auf. Optional verläuft das erste Spannungssignal periodisch.
Optional dient das Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit eines Mikrospiegels. In diesem Zusammenhang wird in einem optionalen, auf den Verfahrensschritt 20 folgenden Verfahrensschritt 30 das erste Piezoelement derart angesteuert, dass sich der Mikrospiegel um eine erste und/oder zweite Drehachse des Mikrospiegels, insbesondere resonant, bewegt. Optional dient das Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit eines Mikrospiegels mit einem ersten Flügelpaar und einem zweiten Flügelpaar. Das erste Piezoelement ist hierbei als eine erste PZT- Schicht mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildet. Die PZT- Schicht ist lediglich auf dem ersten Flügelpaar angeordnet.
Weiterhin optional weist die piezoelektrische Antriebseinheit des Mikrospiegels zusätzlich eine zweite PZT-Schicht als ein zweites Piezoelement mit einer dritten Elektrode, insbesondere einer dritten oberen Elektrode, und einer vierten Elektrode, insbesondere einer vierten unteren Elektrode, auf. Die zweite PZT- Schicht ist auf dem zweiten Flügelpaar angeordnet. In diesem Zusammenhang wird in einem optionalen, auf den Verfahrensschritt 20 folgenden Verfahrensschritt 23 ein drittes Ansteuersignal an die dritte Elektrode der zweiten PZT-Schicht angelegt. Das dritte Ansteuersignal ist als ein, insbesondere durchgehend, positives fünftes Spannungssignal ausgebildet. In einem optionalen, auf den Verfahrensschritt 23 folgenden Verfahrensschritt 26 wird ein viertes Ansteuersignal an die vierte Elektrode der zweiten PZT-Schicht angelegt. Das vierte Ansteuersignal ist als ein konstantes sechstes Spannungssignal ausgebildet. Das dritte Ansteuersignal ist stets größer als das vierte Ansteuersignal. Optional entspricht das vierte Ansteuersignal dem zweiten Ansteuersignal. Optional verlaufen das positive erste Spannungssignal und das positive fünfte Spannungssignal zeitlich versetzt, insbesondere um 180° versetzt, zueinander.
Figur 2a zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 73 zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit 81. Die Schaltungsanordnung 73 weist hierbei eine erste Signalerzeugungseinheit 70 zur Erzeugung eines ersten Ansteuersignals für eine erste obere Elektrode 90a eines ersten Piezoelements 95 der piezoelektrischen Antriebseinheit 81 auf. Das erste Ansteuersignal wird mittels einer ersten Leitung 80 an die erste Elektrode 90a weitergeleitet. Zusätzlich weist die Schaltungsanordnung 73 eine zweite Signalerzeugungseinheit 50a zur Erzeugung eines zweiten Ansteuersignals für eine zweite untere Elektrode 90b des ersten Piezoelements 95 der piezoelektrischen Antriebseinheit 81 auf. Das zweite Ansteuersignal wird mittels einer zweiten Leitung 59 an die zweite Elektrode 90b weitergeleitet. Die erste Signalerzeugungseinheit 70, welche hierbei als ASIC ausgebildet ist, ist dazu ausgebildet, das erste Ansteuersignal derart zu erzeugen, dass das erste Ansteuersignal als ein, insbesondere durchgehend, positives erstes Spannungssignal ausgebildet ist. Die zweite Signalerzeugungseinheit 50a ist dazu ausgebildet, das zweite Ansteuersignal derart zu erzeugen, dass das zweite Ansteuersignal als ein konstantes zweites Spannungssignal ausgebildet ist. Das erste Ansteuersignal ist stets größer als das zweite Ansteuersignal. In dieser ersten Ausführungsform ist die zweite Signalerzeugungseinheit 50a als eine zweite Konstantspannungsquelle 60 zur Erzeugung des zweiten Ansteuersignals ausgebildet. Das konstante zweite Spannungssignal weist hierbei eine konstante negative Spannung auf. In dieser Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung 73 zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit 81 eines hier nicht dargestellten Mikrospiegels mit einem ersten Flügelpaar und einem zweiten Flügelpaar ausgebildet. Auf jedem der vier Flügel ist eine der PZT Schichten 95, 96, 97 und 98 mit den jeweiligen oberen Elektroden 90a, 91a, 92a und 93a und den unteren Elektroden 90b, 91b, 92b und 93b angeordnet. Die erste Signalerzeugungseinheit 70 steuert die oberen Elektroden 90a und 91a der PZT-Schichten 95 und 96 mittels des ersten Ansteuersignals an. Zur Ansteuerung der oberen Elektroden 92a und 93a der PZT-Schichten 97 und 98 erzeugt die erste Signalerzeugungseinheit 70 ein drittes Ansteuersignal, welches als ein, insbesondere durchgehend, positives fünftes Spannungssignal ausgebildet ist und mittels der Leitung 85 an die oberen Elektroden 92a und 93a weitergeleitet wird. Die unteren Elektroden 93b und 92b werden mittels eines vierten Ansteuersignals angesteuert, welches in diesem Fall dem zweiten Ansteuersignal entspricht. An dem Punkt 55 der Schaltungsanordnung 73 liegt die Schaltungsmasse an. Der ASIC ist an der dritten Konstantspannungsquelle 65 angeschlossen und weist ein Analog Frontend 75 auf. Figur 2b zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 74 zur Ansteuerung der piezoelektrischen Antriebseinheit 81. Hierbei weist die Schaltungsanordnung 74 im Unterschied zu der ersten Ausführungsform eine erste Konstantspannungsquelle 61 auf, welche an den ASIC als erste Signalerzeugungseinheit 70 angeschlossen ist und ein konstantes, positives drittes Spannungssignal erzeugt. Der ASIC ist weiterhin an die dritte Konstantspannungsquelle 65 angeschlossen, welche ein konstantes siebtes Spannungssignal als sogenannten Grundspannung erzeugt, woraus der ASIC intern ein periodisch verlaufendes positives viertes Spannungssignal erzeugt. Das positive erste Spannungssignal setzt sich somit aus dem dritten Spannungssignal und dem vierten Spannungssignal zusammen. Somit wird der Spannungsbezugspunkt des ASIC insgesamt gegenüber der Schaltungsmasse 55 angehoben. Die weitere Konstantspannungsquelle 77 dient dazu, das durch die Spannungsquelle 61 verschobene Potential am ASIC auch für die Spannungsversorgung des ASICs nachzuregeln. Somit liefert die weitere Konstantspannungsquelle 77 ein konstantes, positives Spannungssignal in der Höhe des dritten Spannungssignals, um somit auch das Potential des ASIC gegenüber der Schaltungsmasse 55 anzuheben. Die zweite Signalerzeugungseinheit 50b liegt an der Schaltungsmasse 55 an und liefert somit ein konstantes zweites Spannungssignal von 0V.
Figur 2c zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 76 zur Ansteuerung der piezoelektrischen Antriebseinheit 81. Hierbei ist im Unterschied zu der zweiten Ausführungsform die erste Konstantspannungsquelle 61 an das Analog-Frontend 75 des ASIC angeschlossen. Somit wird der Spannungsbezugspunkt des Analog-Frontends 75 des ASIC gegenüber der Schaltungsmasse 55 angehoben. Die zweite Signalerzeugungseinheit 50b liegt auch hier an der Schaltungsmasse 55 an und liefert somit ein konstantes zweites Spannungssignal von 0V.
Figur 3 zeigt schematisch in einer Draufsicht ein mikromechanisches Schwingungssystem 100 mit einem Mikrospiegel 101 und einer piezoelektrischen Antriebseinheit des Mikrospiegels 101. Zusätzlich weist das mikromechanische Schwingungssystem 100 eine hier nicht dargestellte Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der piezoelektrischen Antriebseinheit auf. Der Mikrospiegel 101 weist ein erstes Flügelpaar 105 und ein zweites Flügelpaar 106 auf. Auf dem dritten Flügelpaar 105 ist jeweils eine zweite PZT-Schicht als erstes Piezoelement 103 aufgebracht. Auf dem zweiten Flügelpaar 106 ist jeweils eine zweite PZT-Schicht als zweites Piezoelement 107 aufgebracht. Der Mikrospiegel 101 ist mittels zweier Federelemente 104 mit einem Rahmenelement 102 verbunden. Die piezoelektrische Antriebseinheit wird derart von der Schaltungsanordnung angesteuert, dass sich der Mikrospiegel 101 um eine erste 108 und/oder zweite Drehachse 109 des Mikrospiegels 101 resonant bewegt.
Figur 4a zeigt einen ersten und einen zweiten sinusförmigen Verlauf eines ersten 124a, zweiten 130a, dritten 125a und vierten Ansteuersignals für Elektroden eines jeweiligen Piezoelements einer piezoelektrischen Antriebseinheit für einen Mikrospiegel mit einem ersten Flügelpaar und einem zweiten Flügelpaar. Insbesondere beschreiben die dargestellten Ansteuersignale einen möglichen Verlauf der Ansteuersignale für die Elektroden der PZT-Schichten 95, 96, 97 und 98 aus Figur 2a. Auf der Y-Achse 121 ist hierbei die Spannung in Volt und auf der X-Achse die Zeit in Sekunden aufgetragen. Damit die Flügel entgegengesetzt schwingen, wird an die oberen Elektroden des dritten Flügelpaars das erste sinusförmige Ansteuersignal 124a und um 180° dazu versetzt an die oberen Elektroden des zweiten Flügelpaars das dritte sinusförmige Ansteuersignal 125a mit der gleichen Frequenz angelegt. Das erste Ansteuersignal 124a verläuft in diesem Ausführungsbeispiel als erstes Spannungssignal wechselnd zwischen dem Y-Achsenabschnitt 126b und 126a und ist als durchgehend, positives Spannungssignal ausgebildet. Der Y-Achsenabschnitt 126a kann beispielsweise 0,1V und der Y-Achsenabschnitt 126b 3V betragen. Das dritte Ansteuersignal 125a verläuft in diesem Ausführungsbeispiel als fünftes Spannungssignal ebenfalls wechselnd zwischen dem Y-Achsenabschnitt 126b und 126a und ist als durchgehend, positives Spannungssignal ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel wird das erste und dritte Ansteuersignal mittels eines ASIC erzeugt. Um einen unipolaren Antrieb der piezoelektrischen Antriebseinheit zu ermöglichen, wird an die unteren Elektroden des ersten Flügelpaars ein zweites Ansteuersignal 130a angelegt. Das zweite Ansteuersignal 130a ist als ein konstantes zweites Spannungssignal ausgebildet, welches in diesem Ausführungsbeispiel eine konstante negative Spannung aufweist und durch den Y-Achsenabschnitt 123a verläuft. Das erste Ansteuersignal 124a ist somit stets größer als das zweite Ansteuersignal 130a. An die unteren Elektroden des zweiten Flügelpaars wird ein viertes Ansteuersignal angelegt, welches hierbei dem zweites Ansteuersignal 130a entspricht.
Figur 4b zeigt demgegenüber den möglichen Verlauf des ersten 124b, zweiten 130b, dritten 125b und vierten Ansteuersignals für die Elektroden der PZT- Schichten 95, 96, 97 und 98 aus Figur 2b oder 2c. Hierbei verläuft das erste Ansteuersignal 124b als durchgehend positives erstes Spannungssignal wechselnd zwischen den Y-Achsenabschnitten 126c und 126d. Um einen unipolaren Antrieb zu ermöglichen, ist in diesem Ausführungsbeispiel das positive erste Spannungssignal aus einem konstanten, positiven dritten Spannungssignal 131 und einem sinusförmig verlaufenden positiven vierten Spannungssignal zusammengesetzt. Das konstante positive dritte Spannungssignal verläuft hierbei durch den Y-Achsenabschnitt 126d. Der Y- Achsenabschnitt 126d kann beispielsweise 5V und der Y-Achsenabschnitt 126c 8V betragen. Das dritte Ansteuersignal 125b verläuft in diesem Ausführungsbeispiel als fünftes Spannungssignal ebenfalls wechselnd zwischen dem Y-Achsenabschnitt 126c und 126d und ist wiederum als durchgehend, positives fünftes Spannungssignal ausgebildet. Auch das positive fünfte Spannungssignal wird hierbei aus einem konstanten und einem sinusförmigen Spannungssignal zusammengesetzt. Der Y-Achsenabschnitt 128 kennzeichnet die Schaltungsmasse und in diesem Fall das zweite Ansteuersignal 130b, sowie das vierte Ansteuersignal.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit (81), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
Anlegen (10) eines ersten Ansteuersignals (124a, 124b) an eine erste Elektrode (90a), insbesondere eine erste obere Elektrode, eines ersten Piezoelements (95, 103) der piezoelektrischen Antriebseinheit (81), und Anlegen (20) eines zweiten Ansteuersignals (130a, 130b) an eine zweite Elektrode (90b), insbesondere eine zweite untere Elektrode, des ersten Piezoelements (95, 103) der piezoelektrischen Antriebseinheit (81), wobei das erste Ansteuersignal (124a, 124b) als ein, insbesondere durchgehend, positives erstes Spannungssignal ausgebildet ist, und das zweite Ansteuersignal (130a, 130b) als ein konstantes zweites Spannungssignal ausgebildet ist, wobei das erste Ansteuersignal (124a, 124b) stets größer ist als das zweite Ansteuersignal (130a, 130b).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ansteuersignal (124a, 124b) mittels eines ASIC erzeugt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das positive erste Spannungssignal aus einem konstanten, positiven dritten Spannungssignal (131) und einem periodisch verlaufenden positiven vierten Spannungssignal zusammengesetzt ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das konstante, positive dritte Spannungssignal (131) an einem Spannungsbezugspunkt des ASIC anliegt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das konstante, positive dritte Spannungssignal (131) an einem Analog-Frontend (75) des ASIC anliegt.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das konstante, positive dritte Spannungssignal (131) mittels einer ersten Konstantspannungsquelle (61) erzeugt wird.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ansteuersignal (130a, 130b) konstant 0V beträgt.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ansteuersignal (130a, 130b) mittels einer zweiten, insbesondere externen, Konstantspannungsquelle (60) erzeugt wird, wobei das konstante zweite Spannungssignal eine konstante negative Spannung aufweist.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spannungssignal periodisch, insbesondere sinusförmig oder rechteckförmig oder parabelförmig, verläuft.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit (81) eines Mikrospiegels (101) dient.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit (81) eines Mikrospiegels (101) mit einem ersten Flügelpaar (105) und einem zweiten Flügelpaar (106) dient, wobei das erste Piezoelement (95, 103) als eine erste PZT-Schicht mit der ersten Elektrode (90a) und der zweiten Elektrode (90b) ausgebildet ist, wobei die erste PZT-Schicht lediglich auf dem ersten (105) oder dem zweiten Flügelpaar (106) angeordnet ist.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Antriebseinheit (81) des Mikrospiegels (101) zusätzlich eine zweite PZT-Schicht als ein zweites Piezoelement (107) mit einer dritten Elektrode, insbesondere einer dritten oberen Elektrode, und einer vierten Elektrode, insbesondere einer vierten unteren Elektrode, aufweist, wobei die erste PZT-Schicht auf dem ersten (105) und die zweite PZT-Schicht auf dem zweiten Flügelpaar (106) angeordnet ist wobei das Verfahren die zusätzlichen Verfahrensschritte aufweist:
Anlegen (23) eines dritten Ansteuersignals (125a, 125b) an die dritte Elektrode der zweiten PZT-Schicht, und
Anlegen (26) eines vierten Ansteuersignals an die vierte Elektrode der zweiten PZT-Schicht, wobei das dritte Ansteuersignal (125a, 125b) als ein, insbesondere durchgehend, positives fünftes Spannungssignal ausgebildet ist, und das vierte Ansteuersignal als ein konstantes sechstes Spannungssignal ausgebildet ist, wobei das dritte Ansteuersignal stets größer ist als das vierte Ansteuersignal.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das positive erste Spannungssignal und das positive fünfte Spannungssignal zeitlich versetzt, insbesondere um 180° versetzt, zueinander verlaufen.
14. Schaltungsanordnung (73, 74, 76) zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit (81), aufweisend eine erste Signalerzeugungseinheit (70), ausgebildet zur Erzeugung eines ersten Ansteuersignals (124a, 124b) für eine erste Elektrode (90a), insbesondere eine erste obere Elektrode, eines ersten Piezoelements (95, 103) der piezoelektrischen Antriebseinheit (81), eine zweite Signalerzeugungseinheit (50a, 50b), ausgebildet zur Erzeugung eines zweiten Ansteuersignals (130a, 130b) für eine zweite Elektrode (90b), insbesondere eine zweite untere Elektrode, des ersten Piezoelements (95, 103) der piezoelektrischen Antriebseinheit (81), wobei die erste Signalerzeugungseinheit (70) dazu ausgebildet ist, das erste Ansteuersignal (124a, 124b) derart zu erzeugen, dass das erste Ansteuersignal (124a, 12b) als ein, insbesondere durchgehend, positives erstes Spannungssignal ausgebildet ist, und die zweite Signalerzeugungseinheit (50a, 50b) dazu ausgebildet ist, das zweite Ansteuersignal (130a, 130b) derart zu erzeugen, dass das zweite Ansteuersignal (130a, 130b) als ein konstantes zweites Spannungssignal ausgebildet ist, wobei das erste Ansteuersignal (124a, 124b) stets größer ist als das zweite Ansteuersignal (130a, 130b).
15. Schaltungsanordnung (73, 74, 76) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Signalerzeugungseinheit (70) als ein ASIC ausgebildet ist.
16. Schaltungsanordnung (73, 74, 76) gemäß Anspruch 15, zusätzlich umfassend
Eine, insbesondere dritte, Konstantspannungsquelle (65), welche an den ASIC angeschlossen ist und ein konstantes siebtes Spannungssignal erzeugt, wobei der ASIC aus dem konstanten siebten Spannungssignal ein periodisch verlaufendes positives viertes Spannungssignal erzeugt, und eine erste Konstantspannungsquelle (61), welche an den ASIC angeschlossen ist und ein konstantes, positives drittes Spannungssignal (131) erzeugt, wobei sich das positive erste Spannungssignal aus dem dritten Spannungssignal (131) und dem vierten Spannungssignal zusammengesetzt.
17. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (73, 74, 76) zusätzlich eine zweite Konstantspannungsquelle (60) zur Erzeugung des zweiten Ansteuersignals (130a, 130b) umfasst, wobei das konstante zweite Spannungssignal eine konstante negative Spannung aufweist.
18. Mikromechanisches Schwingungssystem (100), aufweisend wenigstens einen Mikrospiegel (101), und eine piezoelektrische Antriebseinheit (81), insbesondere des Mikrospiegels (101), und eine Schaltungsanordnung (73, 74, 76) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17 zur Ansteuerung der piezoelektrischen Antriebseinheit (81).
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