CN105629105A - 静电换能器可靠性试验方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电换能器可靠性试验方法和***，对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压；根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。在机械冲击过程中监测分压电阻两端的电压；调节偏置电压的幅值，并在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。实现在一定的机械冲击条件下，获得会导致可动平板下拉而产生误触发的最小偏置电压，支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等，提高了静电换能器的稳定性和可靠性。

Description

静电换能器可靠性试验方法和***

技术领域

本发明涉及仪器测试技术领域，特别是涉及一种静电换能器可靠性试验方法和***。

背景技术

静电换能器由两个可以存储相反电荷的导体所构成的电容器，在功能上包括传感器与执行器，常见的静电MEMS(MicroElectroMechanicalSystems，微机电***)器件包括RF(RadioFrequency，射频)MEMS开关、MEMS惯性器件、MEMS压力传感器等。以静电力为驱动的平行板电容器结构，通常是一个平行板固定(固定平板)，另一个平板由机械弹簧悬支(可动平板)，当两个平行板上时加电压时就会产生静电力，静电力使两平板之间的间隙减少，从而引起位移和机械回复力，在静态平衡下，机械回复力与静电力大小相等，方向相反。其中，机械回复力随着极板位置线性变化，而静电力则随着极板位置非线性变化。

在实际应用环境中，机械冲击不可避免。在机械冲击作用下，可动平板将会发生位移，此时就算施加在平板间的电压没有发生变化，但由于两平板之间的间隙发生改变，将会导致静电力也发生改变这可能会导致开关出现误动作本来不应该发生接触的偏置电压条件下，由于外界机械冲击的作用，导致开关出现意外的闭合接触动作，严重影响了产品使用的稳定性和可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高静电换能器稳定性和可靠性的静电换能器可靠性试验方法和***。

一种静电换能器可靠性试验方法，包括以下步骤：

对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压，所述偏置电压小于所述静电换能器的下拉电压；

根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；

在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压；

调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。

一种静电换能器可靠性试验***，包括：

电压施加模块，用于对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压，所述偏置电压小于所述静电换能器的下拉电压；

机械冲击模块，用于根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；

电压监测模块，用于在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压；

偏置计算模块，用于调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。

上述静电换能器可靠性试验方法和***，对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压；根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。在机械冲击过程中监测分压电阻两端的电压；调节偏置电压的幅值，并在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。实现在一定的机械冲击条件下，获得会导致可动平板下拉而产生误触发的最小偏置电压，支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等，提高了静电换能器的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为一实施例中静电换能器可靠性试验方法的流程图；

图2为机械冲击和静电力耦合作用下输入电极和输出发生接触的事件监测的原理结构图；

图3为另一实施例中静电换能器可靠性试验方法的流程图；

图4为一实施例中保持电压和下拉电压的测试原理图；

图5为一实施例中静电换能器可靠性试验***的结构图；

图6为另一实施例中静电换能器可靠性试验***的结构图。

具体实施方式

一种静电换能器可靠性试验方法，适用于机械冲击与静电力耦合对静电换能器可靠性影响的分析。由于静电力本身的大小是位移的函数，当施加在平行板电容器结构的两个平行板上的电压增加时，静电力随着电荷的增加而增大。同时，力的增大使间隙高度减小，而间隙高度的减小又依次使电容、电荷和电场增大。在静电力作用下，当可动平板运动到两平板间隙的三分之二处时，随着两平板间电压的增加，静电力的增加远远大于回复力的增加，其结果是可动平板产生下塌从而与固定平板接触。

定义使可动平板运动到两平板间隙的三分之二处的电压为下拉电压V_pi，则由以上分析可以看出，当两平板之间的偏置电压为V>V_pi时，可动平板产生下塌而与固定平板接触，当两平板之间的偏置电压为V<V_pi时，则两平板不会发生接触。基于该特性，可以构建多种静电MEMS器件，如RFMEMS开关，以两平板之间的偏置电压作为控制信号：当V>V_pi时，开关电极接触，实现开关“开”的功能，当V<V_pi时，开关电极保持开路，实现“关”的功能。

RFMEMS开关为三端结构，包括输入电极(对应于可动平板)、输出电极和偏置电极(对应于固定平板)，根据RFMEMS开关的工作原理，在输入电极和偏置电极之间施加一直流偏置电压V>V_pi的话，则输入电极就会被下拉到与输出电极接触，形成射频信号的传输路径，当输入电极和偏置电极之间的偏置电压V小于保持电压V_po(V<V_po)的话，则输入电极断开与输出电极的接触，形成开路。

对于RFMEMS开关，当一个射频电压V施加在两个平行金属板之间,平行板的重叠区域为A，间距为g，可定义射频电压V：

V(t)＝V₀cos(2πft)

其中V₀是振幅，f为频率和t是时间。该电压产生一个静电力F_RF。不考虑电容失配，即没有反射，则该静电力为:

$F_{RF}=-\frac{1}{2}\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_{0}A{\left(\frac{V_0}{\sqrt{2}}\right)}^2}{g^2}(1+cos(4\mathrm{\&pi;}ft\left)\right)$

其中ε₀是自由空间的介电常数。该力的低频部分对应于板之间所承受的力,该力等效的直流电压等于:

$V_{eq}=\frac{V_0}{\sqrt{2}}=V_{RF}^{rms}$

因此，施加在平板之间的射频电压，都有一个等效电压V_eq使平行板之间产生静电力，在冲击环境中，冲击与等效的直流电压的耦合可能会导致可动平板下拉而产生误动作，即使等效的直流电压低于该开关正常条件下的下拉电压V_pi。

为便于理解，全文均以RFMEMS开关为例对静电换能器可靠性试验方法进行解释说明，如图1所示，上述方法包括以下步骤：

步骤S140：对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压。

偏置电压小于静电换能器的下拉电压。具体可先通过合适的夹具将RFMEMS开关固定在冲击台上，以便后续进行机械冲击测试。将RFMEMS开关按图2所示电路图进行连接，直流电源2通过其两端2a和2b分别与RFMEMS开关1的输入电极1a和偏置电极1c连接从而向其施加偏置电压V_b，输出电极1b与分压电阻4的一端连接，同时，分压电阻4的另一端连接到电源3的正端，电源3的另一端与输入电极1a和直流电源2的负极2a相连接。电压监测仪表5连接在分压电阻4的两端，电压监测仪表5具体可采用示波器。

可预先测得RFMEMS开关的下拉电压V_pi，保持RFMEMS开关处于通电状态，并对输入电极1a和偏置电极1c施加偏置电压V_b，其中V_b<V_pi，设置并使电源3处于输出状态。

步骤S150：根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。预设的冲击量级的具体取值可根据实际情况选取。在冲击环境中，机械冲击脉冲会使可动平板产生位移，对于一定量级的机械冲击，在RFMEMS开关不上电的条件下，可能不会导致输入电极1a与输出电极1b的碰撞接触，但是当RFMEMS开关的输入电极1a上存在射频信号时，等效于一个射频信号等效电压V_eq使平行板之间产生静电力，由于机械冲击和静电力的耦合作用，可能会导致输入电极1a被下拉至与输出电极1b接触。

如果在冲击瞬间，输入电极1a与输出电极1b碰撞接触，但冲击结束之后，输入电极1a就与输出电极1b分开，那么输入电极1a就与输出电极1b的接触时间的长度将与机械冲击的脉冲宽度同个量级，根据GJB548B-2005中方法2002.1对机械冲击的规定，500g峰值加速度的对应脉冲宽度为1ms，而20000g峰值加速度的脉冲宽度仅为0.2ms，在该时间长度内，如果通过实时测试输入电极1a与输出电极1b之间的接触电阻来判断两者之间是否发生接触将极为困难，因为接触电阻的变化周期太小，测试电阻值的仪表难以这么快速地响应并获得实时测试数据，特别是，试验中通常需要通过PC工作站进行数据的采集与保存，此时由于PC工作站与测试电阻值的仪表之间通讯速度的限制，更加难以以毫秒或者纳秒的采样周期进行接触电阻的采样与保存，从而难以判断冲击过程输入电极1a与输出电极1b之间是否发生接触。

因此，以判断机械冲击与静电力耦合作用过程，是否导致输入电极1a与输出电极1b之间发生接触，并基于该技术可进一步获得一定机械冲击条件下，能够使输入电极1a与输出电极1b之间发生接触的最小偏置电压V_b，从而支撑RFMEMS开关的抗冲击设计、在冲击环境中的功率负载设计、以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等。为了试验分析的方便，本实施例中即是使用偏置电压V_b代替等效电压V_eq。

步骤S160：在机械冲击过程中监测分压电阻两端的电压。检测冲击过程中分压电阻4两端的电压变化情况，可预先对电压监测仪表5的触发参数进行设置，当电压监测仪表5产生触发记录，则可认为机械冲击过程中出现了分压电阻两端的电压大于预设电压阈值的情况。只要机械冲击和静电力的耦合作用导致输入电极1a和输出电极1b发生接触，而且无论冲击之后输入电极1a和输出电极1b是仍然保持接触还是接触断开，都可以实现对接触事件的纪录，从而更进一步获取对应于具体的机械冲击，使开关输入电极1a与输出电极1b发生接触的最小等效电压V_eq(偏置电压V_b)。

具体地，假设电源3的输出为V₃，输入电极1a和输出电极1b之间的接触电阻为R_ab，可预先计算得到。分压电阻4的阻值为R₄，则V₃在分压电阻4上的分压V₃₄为：

$V_{34}=\frac{R_4}{R_{ab}+R_4}{V}_3$

将电源3的输出电压设置为较小值，如0.1V或者更小，以防止输入电极1a和输出电极1b接触时流过接触界面的电流太大而引起输入电极1a和输出电极1b的粘连，同时根据接触电阻R_ab选取合适的R₄，确保R₄>R_ab，如R₄＝10R_ab，以使机械冲击中输入电极1a和偏置电极1c之间的静电力的耦合作用使输入电极1a和输出电极1b发生接触时，电源3的输出电压大部分都落在分压电阻R₄上，同时确保通过接触界面的电流不会过大。

电压监测仪表5设置为单次触发状态，触发电平设置得比V₃₄小，如0.5V₃₄，则当输入电极1a和输出电极1b之间没有发生接触时，V₃₄为0，当机械冲击和静电力的耦合作用使输入电极1a和输出电极1b之间发生接触时，则在接触瞬间，V₃₄的值如上式所示，此时会使电压监测仪表5产生一次触发记录。即使在冲击脉冲之后，输入电极1a和输出电极1b之间的接触立刻断开，根据以上所述，电压监测仪表5总会产生一次触发记录。

步骤S170：调节偏置电压的幅值，并在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。

具体地，根据在机械冲击过程中是否出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值，调节偏置电压的幅值计算最小偏置电压的方式对应有所不同。在计算得到最小偏置电压后，可输出至显示屏进行显示，也可输出至主控制器进行存储。

在其中一个实施例中，如图3所示，步骤S140之前，静电换能器可靠性试验方法还包括步骤S110至步骤S130。

步骤S110：对静电换能器的输入电极和偏置电极施加往返的线性扫描电压，并对静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值进行监控。具体如图4所示，将RFMEMS开关1的输入电极1a与具有电压扫描功能的直流电源2的负端2a相连接，偏置电极1c与直流电源2的正端2b相连接；同时输入电极1a与能够实时测试电阻的仪表6的负端6a相连接，输出电极1b与仪表6的正端6b相连接。

通过直流电源2对输入电极1a和偏置电极1c施加往返的线性扫描电压(V_min→V_max→V_min)，其中，V_max为上限值，比RFMEMS开关1的下拉电压V_pi的预计值大，以确保扫描过程发生输入电极1a的下拉，V_min为下限值，比RFMEMS开关1的保持电压V_po的预计值小，以确保扫描电压下降的过程输入电极1a断开与输出电极1b的接触。进行电压扫描的同时，用仪表6同步测试、并纪录输入电极1a和输出电极1b之间的电阻值R。

步骤S120：当电阻值由无穷大变为有限值时，获取对应电压的幅值作为静电换能器的下拉电压。完成电压扫描之后，输入电极1a和输出电极1b之间的电阻值由无穷大变为有限值时对应的偏置电压为下拉电压V_pi。

步骤S130：当电阻值由有限值变为无穷大时，获取对应电压的幅值作为静电换能器的保持电压。输入电极1a和输出电极1b之间的电阻值由有限值变为无穷大时所对应的偏置电压为保持电压V_po。

本实施例中对静电换能器的下拉电压和保持电压进行测量，以便于进行后续测试操作。此外，若输入电极1a和输出电极1b之间的电阻值没有出现由无穷大变为有限值或者由有限值变为无穷大的过程，还可扩大电压扫描范围，并重复步骤S110至步骤S130，直到获得下拉电压V_pi和保持电压V_po。

在其中一个实施例中，步骤S170具体可包括步骤174至步骤178。

步骤174：检测机械冲击过程中是否出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值。继续参照图2，通过电压监测仪表5对分压电阻4两端的电压进行监测，若机械冲击过程中电压监测仪表5发生了触发，则认为机械冲击过程中出现了分压电阻两端的电压大于预设电压阈值，进行步骤176；否则进行步骤178。

步骤176：以预设幅度减小偏置电压的幅值并继续机械冲击，将检测到分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时偏置电压的幅值作为最小偏置电压并输出。

具体地，令a＝V_b/n，其中，n为正整数，取值按照试验的目标要求确定，并将输入电极1a和偏置电极1c之间的偏置电压设置为V_b-ma，其中1≤m≤n，重复进行机械冲击并检测分压电阻两端的电压，从小到大逐渐增大m，直至m＝n或者机械冲击过程输入电极1a与输出电极1b没有发生接触。

如果偏置电压为V_b-ma时，机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b发生接触，而在V_b-(m-1)a时，机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b没有发生接触，则可确定，在试验所设定的冲击量级下，会导致输入电极1a与输出电极1b发生接触的最小偏置电压为V_b-ma。

步骤178：以设定幅度增大偏置电压的幅值并继续机械冲击，将检测到分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时偏置电压的幅值作为最小偏置电压并输出。

令b＝(V_pi-V_b)/N，其中，N为正整数，N的取值按照试验的目标要求确定，将输入电极1a和偏置电极1c之间的偏置电压设置为V_b+Mb，其中1≤M≤N,重复进行机械冲击并检测分压电阻两端的电压，从小到大逐渐增大M，直至机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b发生接触。

如果偏置电压为V_b+Mb时，机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b发生接触，而在V_b+(M-1)b时，机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b没有发生接触，则可确定，在试验所设定的冲击量级下，会导致输入电极1a与输出电极1b发生接触的最小偏置电压为V_b+Mb。

以上即是针对是否出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值，分两种情况进行调节，逐步减小或增大偏置电压的幅值从而确定最小偏置电压。可以理解，在其他实施例中，也可以使用类似于二分法的方法更快获得最小偏置电压，以节省试验次数，提高试验效率。

在其中一个实施例中，步骤174之前，步骤S170还包括步骤172。

步骤172：检测机械冲击前后静电换能器的保持电压和下拉电压的变化量是否大于预设阈值，若是，则更换静电换能器，并返回步骤S140，重新进行测试；若否，则进行步骤174。设阈值的具体取值可调，在进行机械冲击后重新测量RFMEMS开关的下拉电压和保持电压，本实施例中比较机械冲击前后下拉电压和保持电压中有一个参数的变化量大于5％，则更换RFMEMS开关并返回步骤S140。

在机械冲击后进行下拉电压和保持电压检测，若变化量大于预设阈值则更换静电换能器重新进行测试，监测冲击过程是否造成可动平板的机械损伤，从而判断是否适合作进一步的试验分析还是需要更换器件，确保最终所获得的偏置电压最小值的有效性，提高测试准确性和可靠性。可以理解，在步骤174和步骤176中每一次改变偏置电压的幅值，进行机械冲击并检测分压电阻两端的电压后，也可再次比较机械冲击前后静电换能器的保持电压和下拉电压的变化量是否大于预设阈值，若是，则更换静电换能器重新进行测试，若否则继续测试，进一步提高测试准确性和可靠性。

在其中一个实施例中，继续参照图3，步骤S160之后，静电换能器可靠性试验方法还包括步骤S180。

步骤S180：调节冲击量级，并在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前偏置电压下静电换能器产生误触发的最小机械冲击并输出。

步骤S180具体可在步骤S170之前，也可在步骤S170之后。通过调节冲击量级并实时对分压电阻两端的电压进行监测，在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时测得最小机械冲击并输出，从而获得对于一偏置电压(小于V_pi)会导致误触发的最小机械冲击，更好地支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等。步骤S180的具体过程与步骤S170类似，在此不再赘述。

上述静电换能器可靠性试验方法，实现在一定的机械冲击条件下，获得会导致可动平板下拉而产生误触发的最小偏置电压，支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等，提高了静电换能器的稳定性和可靠性。

本发明还提供了一种静电换能器可靠性试验***，适用于机械冲击与静电力耦合对静电换能器可靠性影响的分析。同样地，以RFMEMS开关为例对静电换能器可靠性试验方法进行解释说明，如图5所示，上述***包括电压施加模块140、机械冲击模块150、电压监测模块160和偏置计算模块170。

电压施加模块140用于对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压。

偏置电压小于静电换能器的下拉电压。具体可先通过合适的夹具将RFMEMS开关固定在冲击台上，以便后续进行机械冲击测试。将RFMEMS开关按图2所示电路图进行连接，可预先测得RFMEMS开关的下拉电压V_pi，保持RFMEMS开关处于通电状态，并对输入电极1a和偏置电极1c施加偏置电压V_b，其中V_b<V_pi，设置并使电源3处于输出状态。

机械冲击模块150用于根据预设的冲击量级对静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击。预设的冲击量级的具体取值可根据实际情况选取。以判断机械冲击与静电力耦合作用过程，是否导致输入电极1a与输出电极1b之间发生接触，并基于该技术可进一步获得一定机械冲击条件下，能够使输入电极1a与输出电极1b之间发生接触的最小偏置电压V_b，从而支撑RFMEMS开关的抗冲击设计、在冲击环境中的功率负载设计、以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等。为了试验分析的方便，本实施例中即是使用偏置电压V_b代替等效电压V_eq。

电压监测模块160用于在机械冲击过程中监测分压电阻两端的电压。检测冲击过程中分压电阻4两端的电压变化情况，可预先对电压监测仪表5的触发参数进行设置，当电压监测仪表5产生触发记录，则可认为机械冲击过程中出现了分压电阻两端的电压大于预设电压阈值的情况。只要机械冲击和静电力的耦合作用导致输入电极1a和输出电极1b发生接触，而且无论冲击之后输入电极1a和输出电极1b是仍然保持接触还是接触断开，都可以实现对接触事件的纪录，从而更进一步获取对应于具体的机械冲击，使开关输入电极1a与输出电极1b发生接触的最小等效电压V_eq(偏置电压V_b)。

具体地，假设电源3的输出为V₃，输入电极1a和输出电极1b之间的接触电阻为R_ab，可预先计算得到。分压电阻4的阻值为R₄，则V₃在分压电阻4上的分压V₃₄为：

$V_{34}=\frac{R_4}{R_{ab}+R_4}{V}_3$

将电源3的输出电压设置为较小值，如0.1V或者更小，以防止输入电极1a和输出电极1b接触时流过接触界面的电流太大而引起输入电极1a和输出电极1b的粘连，同时根据接触电阻R_ab选取合适的R₄，确保R₄>R_ab，如R₄＝10R_ab，以使机械冲击中输入电极1a和偏置电极1c之间的静电力的耦合作用使输入电极1a和输出电极1b发生接触时，电源3的输出电压大部分都落在分压电阻R₄上，同时确保通过接触界面的电流不会过大。

电压监测仪表5设置为单次触发状态，触发电平设置得比V₃₄小，如0.5V₃₄，则当输入电极1a和输出电极1b之间没有发生接触时，V₃₄为0，当机械冲击和静电力的耦合作用使输入电极1a和输出电极1b之间发生接触时，则在接触瞬间，V₃₄的值如上式所示，此时会使电压监测仪表5产生一次触发记录。即使在冲击脉冲之后，输入电极1a和输出电极1b之间的接触立刻断开，根据以上所述，电压监测仪表5总会产生一次触发记录。

偏置计算模块170用于调节偏置电压的幅值，并在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。具体地，根据在机械冲击过程中是否出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值，调节偏置电压的幅值计算最小偏置电压的方式对应有所不同。在计算得到最小偏置电压后，可输出至显示屏进行显示，也可输出至主控制器进行存储。

在其中一个实施例中，如图6所示，静电换能器可靠性试验***还包括扫描监控模块110、第一获取模块120和第二获取模块130。

扫描监控模块110用于在电压施加模块140对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压之前，对静电换能器的输入电极和偏置电极施加往返的线性扫描电压，并对静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值进行监控。具体如图4所示，通过直流电源2对输入电极1a和偏置电极1c施加往返的线性扫描电压(V_min→V_max→V_min)，其中，V_max为上限值，比RFMEMS开关1的下拉电压V_pi的预计值大，以确保扫描过程发生输入电极1a的下拉，V_min为下限值，比RFMEMS开关1的保持电压V_po的预计值小，以确保扫描电压下降的过程输入电极1a断开与输出电极1b的接触。进行电压扫描的同时，用仪表6同步测试、并纪录输入电极1a和输出电极1b之间的电阻值R。

第一获取模块120用于当电阻值由无穷大变为有限值时，获取对应电压的幅值作为静电换能器的下拉电压。完成电压扫描之后，输入电极1a和输出电极1b之间的电阻值由无穷大变为有限值时对应的偏置电压为下拉电压V_pi。

第二获取模块130用于当电阻值由有限值变为无穷大时，获取对应电压的幅值作为静电换能器的保持电压。输入电极1a和输出电极1b之间的电阻值由有限值变为无穷大时所对应的偏置电压为保持电压V_po。

本实施例中对静电换能器的下拉电压和保持电压进行测量，以便于进行后续测试操作。此外，若输入电极1a和输出电极1b之间的电阻值没有出现由无穷大变为有限值或者由有限值变为无穷大的过程，还可扩大电压扫描范围并重复进行测量，直到获得下拉电压V_pi和保持电压V_po。

在其中一个实施例中，偏置计算模块170具体可包括电压检测单元、第一计算单元和第二计算单元。

电压检测单元用于检测机械冲击过程中是否出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值。继续参照图2，通过电压监测仪表5对分压电阻4两端的电压进行监测，若机械冲击过程中电压监测仪表5发生了触发，则认为机械冲击过程中出现了分压电阻两端的电压大于预设电压阈值。

第一计算单元用于在机械冲击过程中出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，以预设幅度减小偏置电压的幅值并继续机械冲击，在检测到分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时偏置电压的幅值作为最小偏置电压并输出。

具体地，令a＝V_b/n，其中，n为正整数，取值按照试验的目标要求确定，并将输入电极1a和偏置电极1c之间的偏置电压设置为V_b-ma，其中1≤m≤n，重复进行机械冲击并检测分压电阻两端的电压，从小到大逐渐增大m，直至m＝n或者机械冲击过程输入电极1a与输出电极1b没有发生接触。

如果偏置电压为V_b-ma时，机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b发生接触，而在V_b-(m-1)a时，机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b没有发生接触，则可确定，在试验所设定的冲击量级下，会导致输入电极1a与输出电极1b发生接触的最小偏置电压为V_b-ma。

第二计算单元用于在机械冲击过程中未出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，以设定幅度增大偏置电压的幅值并继续机械冲击，在检测到分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时偏置电压的幅值作为最小偏置电压并输出。

令b＝(V_pi-V_b)/N，其中，N为正整数，N的取值按照试验的目标要求确定，将输入电极1a和偏置电极1c之间的偏置电压设置为V_b+Mb，其中1≤M≤N,重复进行机械冲击并检测分压电阻两端的电压，从小到大逐渐增大M，直至机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b发生接触。

如果偏置电压为V_b+Mb时，机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b发生接触，而在V_b+(M-1)b时，机械冲击过程中输入电极1a与输出电极1b没有发生接触，则可确定，在试验所设定的冲击量级下，会导致输入电极1a与输出电极1b发生接触的最小偏置电压为V_b+Mb。

以上即是针对是否出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值，分两种情况进行调节，逐步减小或增大偏置电压的幅值从而确定最小偏置电压。可以理解，在其他实施例中，也可以使用类似于二分法的方法更快获得最小偏置电压，以节省试验次数，提高试验效率。

在其中一个实施例中，偏置计算模块170还可包括变化比较单元。

变化比较单元用于在电压检测单元检测机械冲击过程中是否出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值之前，检测机械冲击前后静电换能器的保持电压和下拉电压的变化量是否大于预设阈值；若是，则更换静电换能器，并控制电压施加模块140再次对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压；若否，则控制电压检测单元检测机械冲击过程中是否出现分压电阻两端的电压大于预设电压阈值。预设阈值的具体取值可调，本实施例中比较机械冲击前后下拉电压和保持电压中有一个参数的变化量大于5％则更换RFMEMS开关。

在机械冲击后进行下拉电压和保持电压检测，若变化量大于预设阈值则更换静电换能器重新进行测试，监测冲击过程是否造成可动平板的机械损伤，从而判断是否适合作进一步的试验分析还是需要更换器件，确保最终所获得的偏置电压最小值的有效性，提高测试准确性和可靠性。可以理解，第一计算单元和第二计算单元每一次改变偏置电压的幅值，进行机械冲击并检测分压电阻两端的电压后，也可再次比较机械冲击前后静电换能器的保持电压和下拉电压的变化量是否大于预设阈值，若是，则更换静电换能器重新进行测试，若否则继续测试，进一步提高测试准确性和可靠性。

在其中一个实施例中，继续参照图6，静电换能器可靠性试验***还包括冲击计算模块180。

冲击计算模块180用于在电压监测模块160在机械冲击过程中监测分压电阻两端的电压之后，调节冲击量级，并在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前偏置电压下静电换能器产生误触发的最小机械冲击并输出。

通过调节冲击量级并实时对分压电阻两端的电压进行监测，在分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时测得最小机械冲击并输出，从而获得对于一偏置电压(小于V_pi)会导致误触发的最小机械冲击，更好地支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等。冲击计算模块180计算最小机械冲击的具体过程与偏置计算模块170类似，在此不再赘述。

上述静电换能器可靠性试验***，实现在一定的机械冲击条件下，获得会导致可动平板下拉而产生误触发的最小偏置电压，支撑静电换能器的抗冲击设计以及对机械冲击和静电力耦合所引起的误接触动作的预测和预防等，提高了静电换能器的稳定性和可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压，所述偏置电压小于所述静电换能器的下拉电压；

根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；

在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压；

调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。

2.根据权利要求1所述的静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，所述调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压超过预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出的步骤，包括以下步骤：

检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值；

若是，则以预设幅度减小所述偏置电压的幅值并继续机械冲击，将检测到所述分压电阻两端的电压大于所述预设电压阈值时所述偏置电压的幅值作为所述最小偏置电压并输出；

若否，则以设定幅度增大所述偏置电压的幅值并继续机械冲击，将检测到所述分压电阻两端的电压大于所述预设电压阈值时所述偏置电压的幅值作为所述最小偏置电压并输出。

3.根据权利要求2所述的静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，所述检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值的步骤之前，还包括以下步骤：

检测所述机械冲击前后所述静电换能器的保持电压和下拉电压的变化量是否大于预设阈值；

若是，则更换静电换能器，并返回所述对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压的步骤；

若否，则进行所述检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值的步骤。

4.根据权利要求1所述的静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，所述在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压的步骤之后，还包括以下步骤：

调节所述冲击量级，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前偏置电压下所述静电换能器产生误触发的最小机械冲击并输出。

5.根据权利要求1所述的静电换能器可靠性试验方法，其特征在于，所述对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压的步骤之前，还包括以下步骤：

对静电换能器的输入电极和偏置电极施加往返的线性扫描电压，并对所述静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值进行监控；

当所述电阻值由无穷大变为有限值时，获取对应电压的幅值作为所述静电换能器的下拉电压；

当所述电阻值由有限值变为无穷大时，获取对应电压的幅值作为所述静电换能器的保持电压。

6.一种静电换能器可靠性试验***，其特征在于，包括：

电压施加模块，用于对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压，所述偏置电压小于所述静电换能器的下拉电压；

机械冲击模块，用于根据预设的冲击量级对所述静电换能器施加冲击载荷，进行机械冲击；

电压监测模块，用于在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压；

偏置计算模块，用于调节所述偏置电压的幅值，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前冲击量级下所述静电换能器产生误触发的最小偏置电压并输出。

7.根据权利要求6所述的静电换能器可靠性试验***，其特征在于，所述偏置计算模块包括：

电压检测单元，用于检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值；

第一计算单元，用于在机械冲击过程中出现所述分压电阻两端的电压大于所述预设电压阈值时，以预设幅度减小所述偏置电压的幅值并继续机械冲击，将检测到所述分压电阻两端的电压大于所述预设电压阈值时所述偏置电压的幅值作为所述最小偏置电压并输出；

第二计算单元，用于在机械冲击过程中未出现所述分压电阻两端的电压大于所述预设电压阈值时，以设定幅度增大所述偏置电压的幅值并继续机械冲击，将检测到所述分压电阻两端的电压大于所述预设电压阈值时所述偏置电压的幅值作为所述最小偏置电压并输出。

8.根据权利要求7所述的静电换能器可靠性试验***，其特征在于，所述偏置计算模块还包括：

变化比较单元，用于在所述电压检测单元检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值之前，检测所述机械冲击前后所述静电换能器的保持电压和下拉电压的变化量是否大于预设阈值；若是，则更换静电换能器，并控制所述电压施加模块再次对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压；若否，则控制所述电压检测单元检测机械冲击过程中是否出现所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值。

9.根据权利要求6所述的静电换能器可靠性试验***，其特征在于，还包括：

冲击计算模块，用于在所述电压监测模块在机械冲击过程中监测所述分压电阻两端的电压之后，调节所述冲击量级，并在所述分压电阻两端的电压大于预设电压阈值时，测量得到当前偏置电压下所述静电换能器产生误触发的最小机械冲击并输出。

10.根据权利要求6所述的静电换能器可靠性试验***，其特征在于，还包括：

扫描监控模块，用于在所述电压施加模块对静电换能器的输入电极和偏置电极施加偏置电压，并经预设的分压电阻对所述静电换能器的输入电极和输出电极施加直流电压之前，对静电换能器的输入电极和偏置电极施加往返的线性扫描电压，并对所述静电换能器的输入电极与输出电极之间的电阻值进行监控；

第一获取模块，用于当所述电阻值由无穷大变为有限值时，获取对应电压的幅值作为所述静电换能器的下拉电压；

第二获取模块，用于当所述电阻值由有限值变为无穷大时，获取对应电压的幅值作为所述静电换能器的保持电压。