基于六端口反射计的体声波传感器读出电路

由于体声波传感器具有灵敏度高,准数字量输出,便于集成和工作频率高等特点,使其近几年迅速发展,且因为体声波传感器具有工作频率高的特点,导致其读出电路部分复杂,不易集成,致使体声波传感器的实用性不高。为推进体声波传感器的实用化,该文提出一种基于六端口反射计的体声波传感器读出电路代替使用矢量网络分析仪的原创性设想。采用Agilent公司的射频仿真软件Advanced Design System初步验证了基于六端口反射计的体声波传感器读出电路的可行性,并给出了满足薄膜体声波谐振器的射频输出信号检测要求的六端口网络的电路设计。     

基于六端口反射计的体声波传感器读出电路

由于体声波传感器具有灵敏度高,准数字量输出,便于集成和工作频率高等特点,使其近几年迅速发展,且因为体声波传感器具有工作频率高的特点,导致其读出电路部分复杂,不易集成,致使体声波传感器的实用性不高。为推进体声波传感器的实用化,该文提出一种基于六端口反射计的体声波传感器读出电路代替使用矢量网络分析仪的原创性设想。采用Agilent公司的射频仿真软件Advanced Design System初步验证了基于六端口反射计的体声波传感器读出电路的可行性,并给出了满足薄膜体声波谐振器的射频输出信号检测要求的六端口网络的电路设计。     

体声波传感器的系统级行为仿真

为证明六端口网络可用于体声波(BAW)传感器读出电路,对包含薄膜体声波谐振器(FBAR)和微带六端口网络的BAW传感器最小系统建立等效电路模型。在ADS软件中对FBAR建立Mason等效电路模型和对微带六端口网络建立等效电路模型。微带六端口网络的端口1连接射频源,端口2与FBAR相连,其他4个端口分别连接4个50Ω的电阻用于读取功率;在Matlab软件中分别使用根心解法和平均解法对FBAR的反射系数进行求解,解得两条反射系数与频率曲线,分析得到了两种反射系数近似计算方法的优劣,并分析了六端口网络工作频带的增宽方法。仿真结果表明,微带六端口网络能准确测量出FBAR的反射系数与频率曲线,证明六端口网络可用于BAW传感器读出电路。     

基于微流体技术的FBAR微质量传感器

基于微机电系统(MEMS)技术的薄膜体声波谐振器(FBAR)在无线通讯领域取得了巨大的成功后,由于其具备厚度薄,体积小,与IC兼容及谐振频率和灵敏度都远高于传统的微质量传感器(如石英晶体微天平)等优势,逐渐在微生物分子检测方面崭露头角.由于微生物分子大都生存于液体环境,而纵波模式下FBAR微质量传感器在液体环境中声波损耗大,其品质因数Q值只有3.53.因此,该文在分析了纵波模式下FBAR微质量传感器在气相和液相环境中的特性后,针对液相环境中传感器Q值较低问题,设计了一种具有微通道的FBAR微质量传感器,使其Q值达到30.85,增加了近9倍,从而提升了纵波模式下FBAR微质量传感器对液体中微生物分子检测的性能.     

一种基于柔性基底的薄膜体声波谐振器

为了能有效解决柔性基底体声波谐振器热稳定性不足及功率容量不足等问题,该文提出了一种新型的基于柔性基底的薄膜体声波谐振器。该谐振器的硅衬底上开设有一定数量的垂直上凸型结构,该结构既能有效抑制寄生模量,又能减小器件最高稳态温度和最大热应力。通过有限元分析软件Comsol Multiphics对谐振器进行仿真,结果表明,器件每增加一个上凸型结构,其最高稳态温度下降了4 ℃,最大热应力下降了1×104 GPa。与以往的柔性基底薄膜体声波谐振器相比,它具有更好的热传导能力和热应力稳定性。     

ZnO薄膜体声波谐振器性能分析和研制

采用射频网络法分析了ZnO薄膜体声波谐振器的谐振特性,并考虑了介质声损耗对品质因数Q值的影响。采用硅体刻蚀工艺在硅基片上制备了以ZnO薄膜为压电膜的薄膜体声波谐振器,并对器件的性能进行了测试。将实验与理论分析结果进行对比,发现实验器件的谐振频率与理论值一致,但器件Q值却比理论值低,进一步的分析揭示了实际器件Q值偏低的原因。     

体声波滤波器的设计与微加工方法

提出了一种易于使用的薄膜体声波(FBAR)滤波器的4步设计方法,以一种FDD-LTE Band7的Rx滤波器为例展示了该方法的应用流程。第一步,根据FBAR滤波器的中心频率和带宽指标,确定FBAR薄膜叠层中各层薄膜的厚度。第二步,得到滤波器的电路结构。第三步,得到每个FBAR单元的谐振区面积;为此,将串联FBAR单元的谐振区面积、并联FBAR单元与串联FBAR单元的谐振区面积比值作为两组优化参数;将给定滤波器的插入损耗和带外抑制指标作为优化目标,利用ADS软件中的梯度优化算法,得到其优化值。第四步,旨在使滤波器的带内纹波最小化。设计中采用一种新的FBAR电极厚度调整方法,故意使串联FBAR的串联谐振频率与并联FBAR的并联谐振频率频率值不等,但相差很小,实现了该目标。由于案例设计结果中,SiO2支撑层的厚度仅300nm,需要在背面通孔刻蚀的微加工工艺中工序保留良好,因此,提出了一种基于绝缘衬底上的Si(SOI)圆片中埋氧层(BOX)缓冲的两步通孔刻蚀工艺方案,该方法利用了BOX的刻蚀自停止特性。研究结果表明,Rx滤波器插入损耗为0.6dB,在Tx频段的带外抑制为40.4dB,带内纹波为0.4dB。由此验证了该设计方法的可行性。     

C波段横向激励薄膜体声波谐振器设计与制备

针对未来移动通信对射频前端器件提出的多频率、高集成新要求,开展了兼具声表面波(SAW)谐振器和薄膜体声波谐振器(FBAR)技术特点的新型横向激励兰姆波谐振器研究。该文介绍了基于c 轴择优取向氮化铝(AlN)压电薄膜的C波段横向激励薄膜体声波谐振器(XBAR)的结构设计、参数优化和制备方法,并进行了工艺验证。通过剥离和刻蚀等步骤制备了谐振频率4.464 GHz、品质因数3 039、品质因数与频率之积(f ×Q )达到1.56×1013 GHz、面积小于0.12 mm2 的低杂波XBAR谐振器,并仿真分析了其用于射频滤波器的可行性。该研究为进一步研制多频率、高集成的小型化XBAR滤波器组件提供了有效的设计技术和工艺技术支撑。     

基于薄膜体声波谐振器的高灵敏度质量传感器

提出了一种针对于生物传感应用的薄膜体声波谐振(Thin film bulk acoustic resonator,FBAR)质量传感器。薄膜体声波谐振器谐振频率非常高(GHz数量级),同时具有很高的品质因数,因此基于这种器件的质量传感器具有非常高的质量灵敏度。提出了三对全金属Al-W层作为布拉格声学反射层的FBAR,采用AlN作为压电层,制备出了固态装配型FBAR传感器。通过淀积不同厚度Al层顶电极,对器件的质量灵敏度进行了分析,得到质量传感器串联谐振频率在2.8GHz附近,质量响应度达到5×10-4ng/Hz/cm2,可以实现分子量级的质量传感。     

一种基于薄膜体声波谐振器的高灵敏度质量传感器

介绍了一种针对于生物传感应用的薄膜体声波谐振(thin film bulk acoustic resonator,FBAR)质量传感器.薄膜体声波谐振器谐振频率非常高(能够达到几兆赫兹),同时具有较大的品质因数,基于这种器件的质量传感器具有非常高的质量灵敏度.首次提出了三对全金属的A1-W层作为布拉格声学反射层的FBAR,制备出了固态装配型的FBAR传感器.通过淀积不同厚度Al层顶电极分析了器件的质量灵敏度,仿真得到的质量传感器串联谐振频率在2.8 GHz附近,质量响应度达到5×10-4 ng/Hz//cm2,可以实现分子量级的质量传感.     

FBAR技术的敏感应用与发展研究

薄膜声体波谐振器(FBAR)技术以其频率高,品质因数(Q)高,插入损耗低,与半导体集成电路(IC)工艺兼容等优良特性在无线通信领域获得了广泛应用。基于FBAR技术的传感器具有灵敏度高,体积小,线性度好及易于集成等特点,符合目前传感器的微型化、智能化、信息化的主流发展趋势。该文对FBAR传感器的研究现状、发展动向等方面进行了总结并对石英晶体微天平(QCM)、声表面波(SAW)和FBAR这几种声波质量传感器进行了比较。最后对FBAR传感器技术作了简要评述并讨论了FBAR传感器未来的发展趋势。     

“电子电路与传感器实验”课程改革

本文将"电子电路综合设计实验"课进行改革,更新为"电子电路与传感器实验"课程。新的实验课的内容涵盖了传感器基础知识验证性实验和综合设计性实验两大部分,学生通过学习可以在加深对传感器技术感性认识的基础上,通过自行设计制作传感器实用电路,能初步掌握传感器电路综合设计能力。实践表明,新的课程进一步贴近实际生活应用,更好地激发学生的学习兴趣。     

陶瓷传感器及应用

阐述了传感器的作用及在国民经济发展中占有的位置;介绍了利用陶瓷材料的功能制作的各种类型的陶瓷传感器及其应用.对湿度传感器、气体传感器、超声波传感器进行了市场预测.     

FBAR建模及用于MIMO终端的滤波器设计

薄膜体声波谐振器(FBAR)是优良的射频频率器件.用基本Mason模型对FBAR器件进行建模,并分析阐述了FBAR射频滤波器的结构和设计方法.在此模型和设计方法基础上,对多输入多输出(MIMO)的1900MHz个人通信服务(PCS)频段和800 MHz蜂窝(Cellular)频段终端的FBAR射频多工滤波器进行了设计和性能分析.滤波器用ADS软件进行仿真和优化,仿真结果表明,本设计比Avago公司主流产品ACFM-7101性能要好,特别是带内纹波.     

微测辐射热计焦平面阵列CMOS读出技术研究

非致冷微测辐射热计探测器以其低价格，高可靠性和高性能能成为热像仪的首选。制作在硅衬底中的读出电路的设计直接影响到整个系统的性能。按读出方式来分，测辐射热计集成读出电路（ROIC）可分为顺序存取读出电路和随机存取读出电路，本文介绍了测辐射热计读出电路的设计原理。分别对两种读出方式作了分析，重点研究了顺序存取读出电路中的移位寄存器，提出了解决延迟的切实可行的方案。     

微波/毫米波器件及其电路的发展现状

重点阐述了微波／毫米波器件及其电路的发展现状，并对我国在这方面的发展目标提出初步设想。     

MEMS传感器现状及应用

MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。     

Series Resistance Compensation in PTAT Temperature Sensors and Bandgap Reference Circuits

A general compensation technique for the extrinsic series resistor in the pn diode has been proposed in this paper. Proportional-to-absolute-temperature (PTAT) temperature sensors and bandgap reference circuits using diodes have been also proposed. In the design of bandgap reference circuits, the most common method used to produce an output voltage that is independent of temperature variations is the curvature correction method. The series resistance compensation technique represents part of this curvature. Several designs of PTAT temperature and bandgap circuits have been proposed in this work. For illustration, the PTAT sensor and bandgap circuits are numerically simulated, using the proposed algorithm.     

Modes of Avalanche Diodes and Their Associated Circuits

This paper attempts to put in perspective the modes of operation of avalanche diodes. Although theoretical treatments exist that encompass all known aspects of avalanche diode behavior, the compartmentalization of behavior into well-understood special cases is of enormous help to the device and circuit designer in understanding the peculiarities encountered in experimental work. The degree of compartmentalization is, of course, an arbitrary choice but the distinction of five modes seems appropriate. These are, respectively, the IMPATT, TRAPATT, and parametric modes, which are potentially useful, and the space-charge feedback and thermal modes, which probably are not. The latter two are important, however, in that they constitute a means of diode self-destruction. The presentation is tutorial and will hopefully remove some of the confusion introduced by the varied names employed by workers in the field to describe basically simular results. The approach is one of reason rather than legalism, and should this particular compartmentalization stand the test of time, appropriate nomenclature will no doubt be decided by an international committee.     

光纤压力传感器

阐述了光纤压力传感器的发展概况,从光波调制的角度分别叙述了强度调制、频率调制、相位调制、波长调制、偏振调制型光纤压力传感器以及分布调制型光纤压力传感器,介绍了它们的原理、结构、优缺点等,并对目前最常用的强度调制压力传感器和发展迅速的分布调制型光纤压力传感器进行了详细的介绍。