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)-在線瀏覽
2025-08-12 05:20本頁(yè)面
【正文】 溫槽、微冷卻器、原子電池(cell)等）相結(jié)合的時(shí)候，設(shè)計(jì)者可以用高Q值特性來(lái)實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備系統(tǒng)級(jí)的低功耗、高續(xù)航能力。對(duì)于時(shí)間和手持通信設(shè)備，微機(jī)械結(jié)構(gòu)與晶體管的集成需要選擇只引入小電容的技術(shù)。這種模塊化工藝具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，特別是在其他模塊迅速發(fā)展的情況下（如一種新的CMOS通道長(zhǎng)度的出現(xiàn)）。MEMS技術(shù)的屬性和成分決定了它能實(shí)現(xiàn)微機(jī)械電路的大規(guī)模集成（LSI）或者超大規(guī)模集成（VLSI），就像過(guò)去幾十年晶體管集成（IC）電路所做到的一樣。就像單晶體管，單振動(dòng)單元只有有限的功能。相比而言，晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模集成是因?yàn)樗拇笤鲆?，而機(jī)械元件的集成則要靠它的高Q值。而對(duì)于機(jī)械元件，他們也可以級(jí)聯(lián)，因?yàn)樗鼈冇袠O低的損耗——受益于高Q值。盡管如此，集成電路對(duì)組成元件有很多要求，遠(yuǎn)不只是小尺寸。相比而言，通過(guò)VLSI晶體管IC設(shè)計(jì)中能夠成功應(yīng)用CAD的經(jīng)驗(yàn)，我們可以想象出CAD對(duì)于微機(jī)械IC同樣重要。如果受微觀加工技術(shù)的約束，那么我們最需要的兩個(gè)最基本的CAD特性——服從性和結(jié)構(gòu)靈活性是最難達(dá)到的。幸運(yùn)的是，MEMS技術(shù)是機(jī)械機(jī)制的分支技術(shù)，具有和IC一樣的小尺寸優(yōu)勢(shì)；小體積帶來(lái)的是高速、低功耗、高復(fù)雜性（從而具有強(qiáng)的信號(hào)處理能力）和低成本特性。二 微機(jī)械振動(dòng)諧振器發(fā)展趨勢(shì)圖表1所示，為具有高頻率Q值乘積的振動(dòng)RF MEMS器件。該圖所示CC梁尺寸為40um。工作在82MHz?？梢詧A心固支，也可以圓周固支。該圖所示結(jié)構(gòu)的支撐方式為沿半徑的四個(gè)梁，它們的長(zhǎng)度剛好是振動(dòng)的1/4周長(zhǎng)，工作在73MHz。選擇不同材料制作小圓柱，使其在材質(zhì)上與圓盤(pán)最大程度地失配，從而減小損耗，增大Q值。該CVD鉆石圓盤(pán)的直徑為10um，（在2次模振動(dòng)下）。工作在433MHz（2次輪廓模式）。值得一提的是，使用化學(xué)氣象沉積（CVD，chemical vapor deposited）制作的鉆石圓盤(pán)諧振器就有最高的頻率Q值乘積——[6]。三、微機(jī)械諧振器能夠?qū)崿F(xiàn)電路化和CAD的條件1 電壓可以控制性能除了需要更好的Q值以外，CAD設(shè)計(jì)頻率需要元件的容性轉(zhuǎn)換提供更靈活的結(jié)構(gòu)、由電壓控制的可重構(gòu)性[28][29]，由電壓控制的頻率可調(diào)[30]（隨頻率增加而縮小[22]），更好的熱穩(wěn)定性[29]，所使用材料與集成電路相兼容和自開(kāi)關(guān)能力[29]，以上這些需求都是微機(jī)械要做成電路所需要達(dá)到的。由上面兩式可以看出，它的轉(zhuǎn)移函數(shù)是可以由電壓控制的。表2展示了一些為了處理好這些參數(shù)而特別設(shè)計(jì)的微機(jī)械諧振器。當(dāng)溫度升高時(shí)，梁與上電極間的縫隙寬度也會(huì)隨之增加，從而有效地降低了電剛度（electrical stiffness），從而能降低工作頻率。梁的尺寸為40um，工作在10MHz（電極為金屬材質(zhì)）。SOI硅的厚度為18um，工作在149MHz。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）。第四幅圖所示為固態(tài)縫隙圓盤(pán)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(pán)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。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(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電路。%，其中有的單元之間采用了非鄰近跨接產(chǎn)生損耗零點(diǎn)。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。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(guò)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。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。而SPICE也是由Nyuyen所在的伯克利分校所研制出來(lái)的。而圖4（b）。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(pán)陣列復(fù)合諧振器，它比1個(gè)單獨(dú)的酒瓶圓盤(pán)具有更高的功率容量，其真空中Q值仍達(dá)到很高的118000。相比于過(guò)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]。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, “Transcei
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