FBAR传感器读出电路设计

摘要

由于FBAR传感器具有灵敏度高、工作频率高和功率损耗低等特点，所以FBAR传感器具有广泛的应用前景，但 FBAR传感器的读出电路少有报道；为了找到适合于FBAR传感器的读出电路，本文研究了采用六端口反射计作为 FBAR传感器的读出电路。
　　六端口反射计可以测量FBAR反射系数与频率曲线，从而得到FBAR谐振频率偏移以反映外界物理量的变化。以文献报道的谐振频率为2.700 GHz，工作频带为2.690~2.710 GHz的FBAR加速度计为例，为其设计了工作频带为2.650~2.740 GHz的微带六端口反射计作为读出电路，以验证六端口反射计能够用于FBAR传感器读出电路。
　　为了验证微带六端口反射计用于FBAR加速度计的读出电路具有良好的工艺健壮性，本文对已设计的2.650~2.740 GHz的微带六端口反射计，进行了工艺误差分析；分析结果表明当微带线的金属导体宽度变化50μm，金属导体厚度变化5μm，基板厚度变化5μm微带，微带六端口反射计的工作频带都要远大于FBAR加速度计所需工作频带；但是当基板介电常数变化0.1，微带六端口反射计就可能不能用于工作频带为2.690~2.710 GHz的FBAR加速度计了。
　　在采用六端口反射计去计算FBAR反射系数之前，还需对六端口反射计进行校准。为了提高六端口反射计的校准精度以及减少校准所需时间，本文针对最佳校准方法Hoer进行了分析；分析发现Hoer法的校准公式第一次计算只能得出11个系统参数的8个，还需进行第二步计算才可得出剩下的3个系统参数；为了减少这一影响，将Hoer法中采用的校准公式进行了改变，使得校准过程只需一步即可得到11个系统参数，缩短了校准所需时间。
　　为了进一步验证六端口反射计能够用于FBAR传感器读出电路，以及使FBAR传感器的设计更准确简单，在ADS软件中建立了FBAR传感器最小系统模型，模型能直接得出FBAR传感器的谐振频率。
　　最后，采用矢量网络分析仪对制作的微带六端口网络进行测量，并将微带六端口网络与检波器等构成微带六端口反射计。采用微带六端口反射计测量了匹配负载的反射系数，并将所得数据与矢量网络分析仪测得数据进行对比，偏差很小，由此推出微带六端口反射计可以用于FBAR传感器读出电路。

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目录

1 绪论

1.1 课题研究背景及研究意义

1.2 FBAR传感器读出电路的发展现状

1.3 六端口技术的发展现状

1.4 研究内容及结构安排

2 设计基础

2.1 FBAR的工作原理

2.2 六端口反射计的工作原理

2.3 FBAR传感器的工作原理

2.4 本章小结

3 基于六端口反射计的FBAR传感器读出电路

3.1 六端口反射计的设计

3.2 工艺误差分析

3.3 本章小结

4 构建FBAR传感器最小系统

4.1 FBAR建模及仿真

4.2 FBAR传感器建模及仿真

4.3 六端口反射计的校准

4.4 本章小结

5 硬件电路的制作及测试

5.1 微带六端口网络的制作

5.2 微带六端口网络的测试

5.3 反射系数的测量

5.4 本章小结

结论

1. 论文的主要工作

2. 论文的创新点

3. 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果