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。     

体声波滤波器的电磁-热耦合仿真方法

为了快速有效地得到体声波(BAW)滤波器在给定功率水平下的3D温度分布,提出一种电磁-热耦合仿真方法。首先搭建BAW滤波器的热仿真模型,并设置电磁-热耦合求解方式;然后由热仿真模型生成BAW滤波器的电磁模型,以提取BAW滤波器电磁模型中的导体损耗。最后以提取的损耗作为热仿真的热源,并由电磁-热耦合仿真得到滤波器的3D温度分布。仿真结果表明,在输入功率为1 W时,该BAW滤波器的7只谐振器中,第一只串联谐振器和第一只并联谐振器分别为最热的串联谐振器和最热的并联谐振器;滤波器案例中的热点温度为81.472℃,出现在第一只并联谐振器的顶电极中;冷点温度为49℃,出现在第三只并联谐振器的压电层中。     

BAW梯型滤波器带外抑制调节电感的优化方法

为了使用最小的电感改善体声波(BAW)梯型滤波器的带外抑制,提出了一种BAW梯型滤波器带外抑制调节电感的优化方法,该方法对电感值进行了两次连续优化。首先分析了电感改善BAW梯型滤波器带外抑制的原理、结合单个薄膜体声波谐振器(FBAR)的静态电容公式并推导并联FBAR支路串联一个电感的输入阻抗表达式,得到在FBAR谐振区面积较大的并联支路,比在其他支路串联电感,对滤波器带外抑制的改善程度较大、电感值较小,该步确定了电感的最佳位置,随之确定的电感值较小;在此基础上,通过使上述卓越的带外抑制性能退化到带外抑制指标附近,电感值进一步减小。通过以上两次连续优化,能迅速确定一个最小的电感值及所在位置。结合一个31/2阶BAW梯型滤波器,验证了该优化方法的有效性。     

确定BAW梯形滤波器阶数的方法

为确定体声波(BAW)梯形滤波器的阶数,使用仿真法研究了滤波器的带外抑制与并、串联薄膜体声波谐振器(FBAR)的电容比Cps和滤波器阶数N的关系。基于FBAR的Mason 解析电路模型构建了1~6阶BAW梯形滤波器,Cps取值为1~6,对1~6阶BAW梯形滤波器进行仿真,取滤波器的左带外抑制进行统计并绘制曲线图。此外,BAW梯形滤波器的阶数可包括半阶数,用同样仿真法改变阶数(N=1.5,…,5.5)对滤波器进行仿真。仿真结果表明,当Cps一定时,带外抑制基本随滤波器的阶数等量增加。当滤波器的阶数一定时,带外抑制随Cps的增加而增加。在优化设计时,并、串联FBAR谐振器区面积比(即Cps)一般设置为1~4,在此范围内滤波器阶数每增加一阶,带外抑制平均增加约10 dB;滤波器的阶数增加半阶时,带外抑制约增加整阶数的一半,即5 dB,而此时通带内的插损基本保持不变。故设计滤波器时,根据设计指标中的带外抑制可初步确定滤波器的阶数。     

体声波滤波器的片上测试与性能表征

为了表征制备的L波段体声波(BAW)滤波器的性能,采用射频探针台和矢量网络分析仪片上测试获得了BAW滤波器的S参数;在ADS软件环境下计算了BAW滤波器的各项性能参数。比较实测与仿真得到的S参数曲线,发现:低阻硅衬底会使BAW滤波器的带内插损显著增加;BAW滤波器中各薄膜体声波谐振器(FBAR)单元的薄膜沉积厚度误差会使BAW滤波器的带内波动偏大,且FBAR薄膜厚度较设计值增大时BAW滤波器的中心频率会向下偏移。以制备的一只BAW滤波器为例,测得其中心频率为1 495MHz,带宽为17MHz,带内插损为-46.413dB,带内波动为2.816dB,带外抑制为-72.525dB/-79.356dB,电压驻波比为1.940。该文给出的BAW滤波器片上测试与性能表征方法具有通用性。     

大于3 GHz超宽带FBAR滤波器结构设计与仿真

该文提出了一种获得相对带宽约为70.61%的基于氮化铝薄膜的超宽带薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器的设计方法,即在中心频率为6.5 GHz下滤波器的带宽为4.835 GHz。仿真分析表明,通过串并联电感的方式,并在电感端串并联电容,可消除因增加电感而带来的谐波谐振点干扰对带通的影响,实现了FBAR滤波器的超宽带。该工作开辟了设计和制作带宽超过3 GHz的超宽带体声波滤波器的新途径。     

体声波双工器的优化设计方法

体声波(BAW)双工器中Rx滤波器对Tx滤波器的负载效应,会使Tx滤波器的插入损耗性能退化而带外抑制性能过剩,进而使得BAW双工器性能不佳。为了解决这一问题,提出了一种BAW双工器的优化设计方法。设置BAW双工器中Tx滤波器的串联薄膜体声波谐振器(FBAR)单元谐振区面积,及并联FBAR单元与串联FBAR单元谐振区面积比值为两组优化变量,通过牺牲Tx滤波器过剩带外抑制性能的方式,采用基于梯度的优化算法计算得到了两组优化变量的最终取值。以一个工作在FDD-LTE band 7的BAW双工器优化设计案例展示了该方法的应用流程。优化设计结果的仿真验证表明,Tx滤波器的插入损耗性能从2dB提升至1.1dB,带内波动性能从1dB提升至0.3dB。由此验证了该方法的可行性。     

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。     

基于耦合模理论的体声波环行器设计

体声波(BAW)环行器是基于角动量偏置的一类新型无磁环行器,为了能准确地预测BAW环行器的性能,该文给出了一种基于耦合模理论(CMT)的设计方法。首先由CMT推导出BAW环行器的解析模型;然后利用Matlab绘制出归一化调制参数与环行器性能指标之间的关系图,并从图中选择环行器综合性能较好的调制参数点;接着以串联谐振频率1.752 GHz、品质因数1 593的体声波谐振器(BAWR)为例,计算出解析模型中的系数,同时确定调制信号频率和调制深度;再利用Matlab编程绘制出BAW环行器的S参数完成设计;最后将基于CMT计算的结果和基于ADS软件谐波平衡(HB)仿真结果进行对比。对比分析结果表明,基于CMT设计的BAW环行器插入损耗、端口隔离度、回波损耗与HB仿真结果基本吻合,验证了CMT设计方法的可行性。     

一种采用LC谐振电路的高频差分有源电感

提出了一种采用LC并联谐振电路的新型差分有源电感,实现了宽的工作频带、高的Q值、较大的电感值和可调谐功能.采用无源电感和MOS晶体管可变电容构成LC谐振电路,减小了等效串联电阻和等效并联电容,在增大电感值、Q值的同时,扩大了工作频带.仿真结果表明,在2～7.6 GHz频率范围内,该新型差分有源电感的电感值大于26 nH...     

RF inductors with suspended and copper coated thick crystalline silicon spirals for monolithic MEMS LC circuits

This letter presents a novel radio frequency (RF) inductor in a monolithic inductor-capacitor circuit developed by using micro-electromechanical systems (MEMS) fabrication technology. The inductor consists of 40-/spl mu/m-thick single crystalline silicon spiral with copper surface coating as the conductor, which is suspended on a glass substrate. The fabricated inductor exhibits a self-resonance frequency higher than 15GHz, with the quality factor more than 35 and inductance over 5nH at 11.3GHz. Simulations based on a compact equivalent circuit model with parameters extracted using a characteristic-function approach have also been carried out for the inductor, and good agreement with measurements is obtained.     

A low power tunable inductor based on active capacitor with negative resistance

A method to provide a low power tunable inductor is presented in which the inductance and its equivalent series resistance can be independently tuned. This equivalent series resistance can be also set to negative or zero value that is corresponding to inductor with ideal quality factor. In this method, a varactor is placed in parallel with a passive inductor and then, an active capacitor is placed in series with them. To this end, a low power Tunable Active Capacitor (TAC) is proposed which is capable of generating tunable capacitor and large negative resistance to compensate the loss of tunable inductor circuit. Also, the power consumption is low because of using a diode-connected transistor. A prototype of the proposed circuit is designed and simulated at 4 GHz. The electromagnetic simulation results show the inductance tuning range of 0.48–2.3nH with zero or even negative equivalent series resistance is obtained while the power dissipation is less than 3 mW. Moreover, noise analysis shows that higher inductance translates to lower noise while there is a weak correlation between noise and quality factor of the obtained inductances.     

一种Q值高且可独立调节的新型宽带有源电感

基于回转器原理,提出了一种可在较宽频带内工作、具有大电感值和高Q值、Q值相对于电感值可以独立调节的新型有源电感。在回转器的负跨导器中,引入了调制MOS管。一方面,增加了一个新的回转通路,进而增加了回转次数,实现了大电感值。另一方面,创建了一个反馈支路,减小了等效串联电阻,实现了高Q值。将为正跨导器提供偏置的电流源与负跨导器交叉耦合连接,形成负阻结构,增大了等效并联电阻,进一步提高Q值。在有源电感的输入端串接小尺寸MOS管,减小了等效输入电容,实现了高的谐振频率和宽的工作频带。对有源电感进行验证,结果表明,Q峰值可高达1 996,电感峰值可高达54 nH,工作频带为0~12 GHz。协同调节有源电感的两个外部偏置电压时,实现了Q值相对于电感值的独立调节。Q值峰值从52到995大幅度变化时,电感峰值的变化幅度仅为5.3%。     

一种性能多种重构的高频压控有源电感

提出了一种性能多种重构的高频压控有源电感(HFVCAI).电路主要由第一回转回路、第二回转回路以及调控支路构成,且第一回转回路和第二回转回路并联,调控支路与第一回转回路连接,两个回转回路均配置了外部调控端.通过协同调节3个外部调控端,可对HFVCAI的性能进行3种重构:在高频工作区能够对电感值进行大范围调控,且同时能保...     

约瑟夫森混合器等效电路参数对三波混频强度的影响研究

约瑟夫森混合器是一种能够生成纠缠量子微波信号的电路。建立了约瑟夫森混合器的等效电路模型,对三波混频哈密顿量进行量子化,研究了约瑟夫森结的临界电流、分路线性电感、谐振器传输线等效电感以及外加穿过环路磁通对三波混频强度的影响。仿真结果表明,约瑟夫森结的临界电流决定了选择的线性电感最大值,而对三波混频强度影响不大;线性电感的大小决定了外加穿过环路磁通的最优值以及三波混频强度的最大值;谐振器传输线等效电感在允许范围内越小越好。研究对于有效选择电路元器件参数,提高纠缠量子微波生成能力有重要价值。     

基于蜗轮蜗杆的3/6 MeV电子直线加速器调谐限位机构设计

作为电子直线加速器的核心装置,微波功率源大多采用高功率磁控管.磁控管的振荡频率由谐振腔的等效电容和等效电感决定.根据改变谐振腔等效电容和等效电感的方式不同,磁控管可以分为机械调谐式和电调谐式两种.本文针对3/6 MeV电子直线加速器中的机械调谐型磁控管设计了一种基于蜗轮蜗杆的外部调谐限位机构.该型调谐限位机构结构紧凑,...     

Design of multilevel pyramidically wound symmetric inductor for CMOS RFIC’s

This paper presents the design of a multilevel pyramidically wound symmetric (MPS) inductor structure. Being multilevel, the MPS inductor achieves high inductance to area ratio and hence occupies smaller silicon area. The symmetric inductor is realized by winding the metal trace of the spiral coil down and up in a pyramidal manner exploiting the multilevel VLSI interconnects technology. Closed form expressions are also developed to estimate the self resonating frequency (f _res ) of the MPS inductor and results are compared to two layer conventional symmetric and asymmetric stack. The estimation is also validated with full wave electromagnetic simulation. The performance of various MPS inductors of different metal width, metal offsets and outer diameter is demonstrated. For an inductance of 8 nH, the MPS inductor reduces the area by 65–95% over conventional planar symmetric inductors and 71–94% over its equivalent pair of asymmetric planar inductors. The performance is also compared to other symmetric inductors reported in literature. With MPS inductor, the cost and size of RF IC’s will be reduced significantly.     

IDT在YZ—LiNbO3基片上的体声波激励研究

具有广泛应用前景的声板波液体密度传感器采用了叉指换能器（ＩＤＴ）在基片上的体声波（ＢＡＷ）激励效应．文章针对常见的ＹＺ－ＬｉＮｂＯ３基片，研究ＩＤＴ激励ＢＡＷ的响应与激励频率之间的关系。压电基片表面的ＩＤＴ激励的ＢＡＷ在基片内来回反射，选择恰当的ＩＤＴ激励频率，可得到极大的ＢＡＷ响应。实验结果和理论分析表明，ＢＡＷ的极大响应与发射接收ＩＤＴ的间距、基片厚度和激励频率有确定关系。