本文關(guān)鍵詞：基于薄膜體聲波諧振器（FBAR）技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聲波技術(shù)和基于聲波技術(shù)的元器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域、自動控制領(lǐng)域、傳感測控領(lǐng)域等近70年的時間。 薄膜體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Resonator,簡稱‘'FBAR"),是一種壓電聲波器件,以其極小的尺寸、功耗、成本,和極高的Q值、工作頻率、靈敏度、分辨率、可承受功率容量,以及與CMOS集成電路工藝的兼容性,在不到二十年的時間里,占據(jù)了整個無線通訊場的應(yīng)用領(lǐng)域。在傳感器應(yīng)用領(lǐng)域,單個FBAR或者FBAR陣列用于分子質(zhì)量檢測、生化檢測(DNA檢測、抗體抗原檢測)、液體檢測、氣體檢測、壓力檢測、形變檢測、加速度和慣性檢測、溫度檢測、紫外線檢測、爆炸物檢測等等領(lǐng)域。 本文《基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)研究》是國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)課題、國家自然科學(xué)基金課題的主要研究內(nèi)容,在該項目支持下完成四種基于薄膜體聲波諧振器技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)。 論文的工作成果和創(chuàng)新點主要包括： 1、完成了傳感器部分的FBAR樣片的獲取,包括：超凈間自行制備、外協(xié)英國劍橋大學(xué)制備,和對現(xiàn)有高Q值的FBAR產(chǎn)品進行分離獲��；研究了FBAR的制備工藝技術(shù)和分離、測試技術(shù)。 2、研究了FBAR器件的溫度特性補償技術(shù),提出并驗證了一種新穎的基于FBAR的自適應(yīng)阻抗近似匹配方法、進行溫度補償；并結(jié)合自動測試技術(shù)編寫了“基于FBAR模型和阻抗近似匹配技術(shù)的FBAR自適應(yīng)阻抗匹配虛擬儀器軟件”,進行FBAR自適應(yīng)阻抗近似匹配方法的實施,實現(xiàn)了FBAR的自動測試和自適應(yīng)阻抗近似匹配,在同類文獻中未見報導(dǎo)。 3、采用電流重利用交叉耦合結(jié)構(gòu),設(shè)計了一款芯片級低功耗、低相位噪聲FBAR CMOS振蕩器,電壓為900mV時功耗僅為1.8mW@1.878GHz,具有超低的相位噪聲：-107dBc/Hz@10kHz及-135dBc/Hz@100kHz,整體FBAR CMOS振蕩器的FoM為-238dBc/Hz,在同類文獻中是領(lǐng)先水平。 利用FBAR自適應(yīng)阻抗近似匹配方法完成了FBAR振蕩器的溫度補償,獲得了諧振頻率在1.8GHz以上、輸出功率7dBm以上(功率溫度系數(shù)0.43ppm).相位噪聲在-117dBc/Hz@100kHz及-139dBc/Hz@1MHz以下、整體FBAR振蕩器的FoM優(yōu)于-190的FBAR振蕩器,在同類文獻中的等同工藝FBAR振蕩器中是領(lǐng)先水平。 4、設(shè)計和制作了基于FBAR振蕩器的計數(shù)法頻率讀取電路系統(tǒng),采用FPGA平臺進行了仿真驗證,完成了第一種基于薄膜體聲波諧振器技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)。并基于SMIC(中芯國際)的0.18um CMOS工藝對基于FBAR振蕩器的計數(shù)法頻率讀取電路系統(tǒng)進行了ASIC流片驗證,讀數(shù)精度達到1KHz,完成了第二種基于薄膜體聲波諧振器技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)。 5、提出并研制了新穎的基于混頻法和FBAR振蕩器的的高精度四混頻器結(jié)構(gòu)的頻率讀取電路系統(tǒng)用于FBAR傳感信號處理電路,讀數(shù)精度達到1Hz,完成了第三種基于薄膜體聲波諧振器技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng),在同類文獻中未見報導(dǎo)。 提出和研制了新穎的基于FBAR頻率讀取電路系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電路射頻前端的多級節(jié)能控制方法及裝置,完成了第四種基于薄膜體聲波諧振器技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng),在同類文獻中未見報導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：薄膜體聲波諧振器 自適應(yīng)阻抗近似匹配 FBAR振蕩器 多級節(jié)能控制 無線傳感
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN65
【目錄】：

• 致謝6-8
• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 縮略詞表13-20
• 第一章 緒論20-65
• 1.1 研究動機和研究意義20-22
• 1.1.1 研究動機20-21
• 1.1.2 研究意義21-22
• 1.2 薄膜體聲波諧振器的研究背景22-35
• 1.2.1 薄膜體聲波諧振器的發(fā)展起源22-31
• 1.2.2 薄膜體聲波諧振器的通信領(lǐng)域發(fā)展空間31-35
• 1.3 基于薄膜體聲波諧振器的振蕩器研究背景35-40
• 1.4 基于薄膜體聲波諧振器的傳感系統(tǒng)研究背景40-50
• 1.4.1 FBAR質(zhì)量傳感器40-45
• 1.4.2 FBAR壓力傳感器45-46
• 1.4.3 FBAR慣性傳感器(加速度傳感器)46-47
• 1.4.4 FBAR溫度傳感器47-50
• 1.5 研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)50-63
• 1.5.1 研究思路50-54
• 1.5.2 技術(shù)路線54-59
• 1.5.3 論文主要工作成果59-60
• 1.5.4 論文主要創(chuàng)新點60-62
• 1.5.5 論文的章節(jié)安排62-63
• 1.6 本章小結(jié)63-65
• 第二章 薄膜體聲波諧振器的制備工藝和設(shè)計流片65-136
• 2.1 薄膜體聲波諧振器器件的自行制備65-95
• 2.1.1 薄膜體聲波諧振器制備工藝65-72
• 2.1.2 薄膜體聲波諧振器設(shè)計和參數(shù)仿真72-81
• 2.1.3 薄膜體聲波諧振器外協(xié)劍橋大學(xué)流片結(jié)果和測試81-91
• 2.1.4 薄膜體聲波諧振器自主流片結(jié)果和測試91-95
• 2.2 薄膜體聲波諧振器等效電路模型95-106
• 2.2.1 基本等效電路模型95-100
• 2.2.2 薄膜體聲波諧振器的實際等效電路模型100-104
• 2.2.3 基于MBVD模型的實際薄膜體聲波諧振器的等效電路模型建立方法104-106
• 2.3 基于HPMD-7904 FBAR雙工器的單片薄膜體聲波諧振器的分離106-134
• 2.3.1 單片F(xiàn)BAR分離的原因106-112
• 2.3.2 基于聚焦離子束切割的單片F(xiàn)BAR分離112-118
• 2.3.3 分離單片F(xiàn)BAR的模型和仿真118-124
• 2.3.4 分離單片F(xiàn)BAR的測試結(jié)果124-134
• 2.4 本章小結(jié)134-136
• 第三章 基于自適應(yīng)阻抗近似匹配技術(shù)的高功率低相噪FBAR振蕩器的研制136-188
• 3.1 基于自適應(yīng)阻抗近似匹配方法的FBAR溫度補償技術(shù)的硬件和虛擬儀器測試匹配軟件的實現(xiàn)136-155
• 3.1.1 FBAR溫度實驗136-139
• 3.1.2 自適應(yīng)阻抗近似匹配技術(shù)139-146
• 3.1.3 FBAR自適應(yīng)阻抗近似匹配技術(shù)的硬件實現(xiàn)和虛擬儀器測試匹配軟件的實現(xiàn)146-154
• 3.1.4 小結(jié)154-155
• 3.2 基于CMOS工藝的低相位噪聲FBAR振蕩器的設(shè)計(基于仿真FBAR模型)155-163
• 3.2.1 技術(shù)方案155-159
• 3.2.2 仿真分析159-160
• 3.2.3 優(yōu)化方案160-162
• 3.2.4 相位噪聲162-163
• 3.3 基于高Q值FBAR的高功率、低相位噪聲振蕩器(基于分離FBAR模型).163-174
• 3.3.1 技術(shù)方案和系統(tǒng)仿真163-166
• 3.3.2 實際電路設(shè)計和實測結(jié)果166-171
• 3.3.3 FBAR振蕩器溫度特性171-174
• 3.3.4 小結(jié)174
• 3.4 基于阻抗近似匹配方法的FBAR振蕩器溫度補償技術(shù)174-184
• 3.4.1 FBAR振蕩器溫度補償方法174
• 3.4.2 FBAR振蕩器溫度補償電路的仿真174-177
• 3.4.3 FBAR振蕩器溫度補償電路的實現(xiàn)177-181
• 3.4.4 FBAR振蕩器溫度補償電路的測試結(jié)果181-184
• 3.4.5 小結(jié)184
• 3.5 本章小結(jié)184-188
• 第四章 基于薄膜體聲波諧振器的無線傳感器集成系統(tǒng)188-270
• 4.1 FBAR射頻傳感電路技術(shù)和信號處理方法188-193
• 4.1.1 雙路差分測量方法188-190
• 4.1.2 分頻法結(jié)構(gòu)190-191
• 4.1.3 混頻法結(jié)構(gòu)191-193
• 4.2 計數(shù)法的設(shè)計與實現(xiàn)——FPGA平臺和ASIC平臺193-208
• 4.2.1 基于計數(shù)法的FBAR射頻傳感信號處理電路的設(shè)計193-196
• 4.2.2 FBAR射頻傳感信號的計數(shù)法處理——基于FPGA平臺的設(shè)計與實現(xiàn)196-207
• 4.2.3 FBAR射頻傳感信號的計數(shù)法處理——基于自主流片的專用集成電路平臺的設(shè)計與實現(xiàn)207-208
• 4.3 混頻法的設(shè)計與實現(xiàn)——高精度四混頻器結(jié)構(gòu)208-227
• 4.3.1 方案優(yōu)勢208-209
• 4.3.2 技術(shù)路線209-219
• 4.3.3 電路仿真219-223
• 4.3.4 實際電路設(shè)計與實現(xiàn)223-225
• 4.3.5 實測結(jié)果225-227
• 4.4 FBAR無線傳感終端節(jié)點的多級節(jié)能控制技術(shù)227-240
• 4.4.1 方案優(yōu)勢227-228
• 4.4.2 技術(shù)路線228-237
• 4.4.3 實際電路設(shè)計與實現(xiàn)237-240
• 4.5 基于薄膜體聲波諧振器的無線傳感集成系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)240-267
• 4.5.1 基于FBAR技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)之一——FPGA平臺的計數(shù)法模式的實現(xiàn)240-249
• 4.5.2 基于FBAR技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)之二——ASIC平臺的計數(shù)法模式的實現(xiàn)249-257
• 4.5.3 基于FBAR技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)之三——四混頻器結(jié)構(gòu)的混頻法模式的實現(xiàn)257-262
• 4.5.4 基于FBAR技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)之四——低功耗四混頻器結(jié)構(gòu)的混頻法模式的實現(xiàn)262-267
• 4.6 本章小結(jié)267-270
• 第五章 總結(jié)和展望270-274
• 5.1 總結(jié)270-271
• 5.2 論文的不足之處和進一步研究工作271-274
• 參考文獻274-291
• 作者簡歷291-292
• 基本信息291
• 教育狀況和工作經(jīng)歷291
• 研究興趣和聯(lián)系方式291-292
• 作者在攻讀博士學(xué)位期間所取得的科研成果292
• 作為第一作者的已發(fā)表文章292
• 作為第一作者的已授權(quán)發(fā)明型專利292

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李玉金;元秀華;;A new model for film bulk acoustic wave resonators[J];Chinese Physics B;2014年11期

  本文關(guān)鍵詞：基于薄膜體聲波諧振器（FBAR）技術(shù)的無線傳感集成系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：442145