翻譯mems相關(guān)論文微機(jī)械振動(dòng)諧振器的規(guī)模集成極其振蕩器實(shí)現(xiàn)(編輯修改稿)
2024-07-22 05:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 40um，工作在10MHz（電極為金屬材質(zhì)）。第二幅圖所示為絕緣體上（SOI）硅酒瓶圓盤，同樣，它也很像表1中的酒瓶圓盤，但是它是在厚的SOI硅結(jié)構(gòu)層上成形的，因此有效地增大了電極與圓盤間的容性重疊部分（類似于平行板電容的面積），從而減小了串聯(lián)動(dòng)態(tài)電阻。，SOI硅的厚度為18um，工作在149MHz。第三幅圖所示為橫向壓電環(huán)（Lateral Piezoelectric Ring），環(huán)形AlN（氮化鋁）壓電諧振器使用d31系數(shù)來將垂直方向驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為水平方向位移。擁有CAD的橫向模式諧振器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，它具有高效的壓電驅(qū)動(dòng)能力（阻抗小于100）。環(huán)的內(nèi)半徑為90um，環(huán)寬10um，工作在473MHz。第四幅圖所示為固態(tài)縫隙圓盤諧振器，它很像表1中的第三幅圖所示的諧振器，可是使用了固態(tài)電解質(zhì)填充電極與圓盤間的縫隙，從而可以增大縫隙的介電常數(shù)，由此產(chǎn)生更大的激勵(lì)力和輸出電流，從而降低了串聯(lián)動(dòng)態(tài)電阻。圓盤的半徑為32um，縫隙中填充的氮化物厚20nm。四、微機(jī)械電路的例子假如以上所列出的參數(shù)（頻率范圍、Q值，熱穩(wěn)定性、壽命和阻抗）都能滿足需要，那么上面所談到的所有容性轉(zhuǎn)換諧振器都能用來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電路。表3總結(jié)了幾種微機(jī)械電路，從帶通濾波器到混頻濾波器、阻抗變換機(jī)械耦合陣列和使用復(fù)合諧振器機(jī)械耦合的方式實(shí)現(xiàn)的濾波器。%，其中有的單元之間采用了非鄰近跨接產(chǎn)生損耗零點(diǎn)?；祛l濾波器（mixerfilter or“mixler”）是通過無源結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對頻率的轉(zhuǎn)換和濾除。阻抗變換機(jī)械耦合陣列將阻抗高好幾倍的諧振器匹配到50。使用復(fù)合諧振器機(jī)械耦合的方式實(shí)現(xiàn)的濾波器是到目前為止實(shí)現(xiàn)50匹配的VHF微機(jī)械濾波器中插入損耗最小的。表3中每一個(gè)濾波器都是有一些相同的諧振器元件耦合而成的，這種耦合是通過在諧振器上非常特殊的點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械連接實(shí)現(xiàn)的。正如[19][37]所示，這些機(jī)械濾波器的中心頻率主要由這些相同單元的諧振器的頻率決定的。而不同模式的間距（比如帶寬）主要由耦合梁的剛度和耦合梁接入諧振器的那個(gè)特殊點(diǎn)決定的。表3中每個(gè)濾波器的相同本質(zhì)在于每個(gè)濾波器都是依靠等效電路來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而這些等效電路又是由許多類似的電機(jī)械單元構(gòu)成的[19][37]，這樣就能進(jìn)行仿真了，就像SPICE一樣，它的特點(diǎn)符合廣泛的自動(dòng)化電路設(shè)計(jì)環(huán)境。而SPICE也是由Nyuyen所在的伯克利分校所研制出來的。（a）最小化阻抗方案 （b）單片高Q濾波器組圖4 微機(jī)械電路的例子如圖4（a）所示，設(shè)計(jì)1GHz的圓盤可以用一個(gè)大圓盤實(shí)現(xiàn)，也可以用許多小圓盤外加一個(gè)環(huán)實(shí)現(xiàn)，雖然它們所占用的面積一樣大，但是后者擁有更大的容性轉(zhuǎn)換重疊面積，因此得到更大的機(jī)電耦合效率和更小的濾波器阻抗。而圖4（b）。如果這些濾波器的性能（如頻率）能夠由CAD來設(shè)計(jì)（比如橫向設(shè)計(jì)，非厚度設(shè)計(jì)），同時(shí)可以用單片沉積的方式實(shí)現(xiàn)，那么1圖中所有11個(gè)高Q值無源濾波器的成本很可能只有初始階段1個(gè)片下無源濾波器成本那么大。五、微機(jī)械諧振器振蕩器圖4 62MHz串聯(lián)諧振參考振蕩器如圖4所示，這種特殊的振蕩器使用了表3中第七幅圖所示9給酒瓶圓盤陣列復(fù)合諧振器，它比1個(gè)單獨(dú)的酒瓶圓盤具有更高的功率容量，其真空中Q值仍達(dá)到很高的118000。相比1個(gè)單獨(dú)諧振器而言，圓盤復(fù)合陣列的能量Q值乘積增大了，從而有效提高了振蕩器相位噪聲性能。相比于過去的振蕩器，這種機(jī)械電路技術(shù)可以使相位噪聲提高40dB[48]。由它在1kHz出相位噪聲可以推得它的功耗僅有350uW，遠(yuǎn)離載頻時(shí)相位噪聲僅有123和136dBc/Hz[11]，而使用一個(gè)圓盤的相位噪聲為110和132dBc/Hz。參考文獻(xiàn)[0] Nguyen, Clark .,” MEMS technology for timing and frequency control,” Proceedings of the IEEE International Frequency Control Symposium and Exposition, v 2005, p 111, 2005.[1] A. A. Abidi, “Directconversion radio transceivers for digital ms,” IEEE J. SolidState Circ., vol. 30, no. 12, pp. 1399–1410, Dec. 1995.[2] J. Crols and M. S. J. Steyaert, “A singlechip 900 MHz CMOS receiver frontend with a high performance lowIF topology,” IEEE J. SolidState Circ., vol. 30, no. 12, pp. 1483–1492, Dec. 1995.[3] C. P. Yue and S. S. Wong, “Onchip spiral inductors with patterned ground shields for Sibased RF IC’s,” IEEE J. SolidStateCirc., vol. 33, no. 5, pp. 743–752, May 1998.[4] C. . Nguyen, “Transceiver frontend architectures using vibratingmicromechanical signal processors,” in RF Technologies for Low Power Wireless Communications. G. I. Haddad, T Itoh, and J. Harvey, Eds. New York: Wiley IEEE
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