體聲波傳感器檢測(cè)電路設(shè)計(jì).pdf

1、由于體聲波（Bulk Acoustic Wave, BAW）傳感器具有體積小、靈敏度高、工作頻率高、功率損耗低和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）兼容的特點(diǎn)，因此BAW傳感器具有廣泛的應(yīng)用前景。BAW傳感器通過(guò)檢測(cè)體聲波諧振器（Bulk acoustic Wave Resonator, BAWR）的諧振頻率變化得到待測(cè)物理量。本文旨在設(shè)計(jì)BAW傳感器的檢測(cè)電

2、路，檢測(cè)BAWR在受到待測(cè)物理量作用時(shí)產(chǎn)生的諧振頻率偏移，最終實(shí)現(xiàn)待測(cè)物理量的檢測(cè)。
　　由于BAWR易受到環(huán)境等因素的干擾，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，本文采用雙路差分的測(cè)量方法，將BAWR構(gòu)成兩路振蕩器，一路用于參考另一路用于測(cè)量。兩路振蕩器通過(guò)混頻、濾波得到由待測(cè)物理量引起的諧振頻率偏移信號(hào)，之后將該信號(hào)通過(guò)放大、整形電路轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，最后采用頻率檢測(cè)電路得到方波信號(hào)的頻率。
　　建立了基于Pierce架構(gòu)的BAW振蕩器，將

3、BAWR諧振頻率的變化反映到振蕩頻率的變化上。提出了 BAWR的質(zhì)量負(fù)載等效電感的量化方法，用質(zhì)量負(fù)載等效電感來(lái)模擬待測(cè)的質(zhì)量，解決了無(wú)法對(duì) BAW質(zhì)量傳感器進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)行為仿真的難點(diǎn)。研究了影響B(tài)AW振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素，并對(duì)BAW振蕩器的頻率穩(wěn)定度和功耗進(jìn)行了優(yōu)化，改善了BAW振蕩器的綜合性能。
　　對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括混頻器、放大器和整形電路。采用微帶分支定向耦合器、混頻二極管和低通濾波器構(gòu)成混頻器，并對(duì)混頻器進(jìn)行

4、了場(chǎng)-路聯(lián)合仿真，得到了兩路振蕩信號(hào)的頻率差。對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行了制作與測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比基本吻合，驗(yàn)證了電路的可行性。
　　針對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路輸出的方波信號(hào)，采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）設(shè)計(jì)了頻率檢測(cè)電路。以自頂向下的方式，采用精度較高的全同步測(cè)頻法，根據(jù)具體工作原理設(shè)計(jì)了頻率檢測(cè)電路的各個(gè)子模塊，通過(guò)仿真驗(yàn)證了每個(gè)模塊的功能。最后通過(guò)元件例化語(yǔ)句將子模塊