基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)技術的無線傳感集成系統(tǒng)研究.pdf

1、聲波技術和基于聲波技術的元器件已經廣泛應用于通信領域、自動控制領域、傳感測控領域等近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，占據了整個無線通訊場的應用領域。在傳感器應用領域，單個FBAR或者FBA

2、R陣列用于分子質量檢測、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、爆炸物檢測等等領域。
　　本文《基于薄膜體聲波諧振器(FBAR)技術的無線傳感集成系統(tǒng)研究》是國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）課題、國家自然科學基金課題的主要研究內容，在該項目支持下完成四種基于薄膜體聲波諧振器技術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:
　

3、　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)英國劍橋大學制備，和對現有高Q值的FBAR產品進行分離獲取;研究了FBAR的制備工藝技術和分離、測試技術。
　　2、研究了FBAR器件的溫度特性補償技術，提出并驗證了一種新穎的基于FBAR的自適應阻抗近似匹配方法、進行溫度補償;并結合自動測試技術編寫了“基于FBAR模型和阻抗近似匹配技術的FBAR自適應阻抗匹配虛擬儀器軟件”，進行FBAR自適應阻抗近似匹配方法的

4、實施，實現了FBAR的自動測試和自適應阻抗近似匹配，在同類文獻中未見報導。
　　3、采用電流重利用交叉耦合結構，設計了一款芯片級低功耗、低相位噪聲FBARCMOS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FBARCMOS振蕩器的FoM為-238dBc/Hz，在同類文獻中是領先水平。
　　利用FBAR自適應阻抗近

5、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振蕩器中是領先水平。
　　4、設計和制作了基于FBAR振蕩器的計數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

6、體聲波諧振器技術的無線傳感集成系統(tǒng)。并基于SMIC（中芯國際）的0.18umCMOS工藝對基于FBAR振蕩器的計數法頻率讀取電路系統(tǒng)進行了ASIC流片驗證，讀數精度達到1KHz，完成了第二種基于薄膜體聲波諧振器技術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構的頻率讀取電路系統(tǒng)用于FBAR傳感信號處理電路，讀數精度達到1Hz，完成了第三種基于薄膜體聲波諧振器技術的無線傳感集成系統(tǒng)，