MEMS振蕩器技術(shù)及其應用研究.pdf

1、隨著電子系統(tǒng)小型化、集成化的速度不斷加快，對小型化、可集成的高性能振蕩器的研究成為熱點。而MEMS諧振器以其高Q值、可集成、抗沖擊性好等優(yōu)點，為研制出小型化、可集成的高性能振蕩器提供了可能。
　　由于MEMS諧振器的動態(tài)阻抗和Q值對MEMS振蕩器的設(shè)計與性能有著重要的影響，本文以得到低動態(tài)阻抗和高Q值MEMS諧振器為研究重點，并綜合考慮加工工藝以及封裝的難易程度，對電容式MEMS諧振器和壓電式MEMS諧振器進行了理論分析。由于壓電

2、耦合系數(shù)比電容耦合系數(shù)一般大很多（可達三個數(shù)量級），而動態(tài)阻抗與耦合系數(shù)的二次方成反比，故壓電式MEMS諧振器的動態(tài)阻抗一般比電容式MEMS諧振器的動態(tài)阻抗小。氣體阻尼通常是限制電容式MEMS諧振器Q值的主要因素，故為了得到高Q值，電容式MEMS諧振器需要真空封裝，甚至不真空封裝諧振器不能正常工作，而氣體阻尼對壓電式MEMS諧振器的影響不大，非真空封裝也能獲得較高的Q值。
　　對長度擴展模體聲波諧振器進行理論分析，得到其動態(tài)阻抗與

3、諧振體厚度成正比，與諧振體寬度和諧振器Q值成反比，并以此為基礎(chǔ)進行了仿真設(shè)計。此外對環(huán)形輪廓模諧振器進行了理論分析，并進行了仿真驗證。基于壓電加工技術(shù)，給出了MEMS諧振器的加工工藝流程，根據(jù)設(shè)計的尺寸用L-Edit完成了諧振器的版圖設(shè)計，并按照版圖對這兩種不同形狀和模態(tài)的諧振器進行了加工實現(xiàn)。最終設(shè)計實現(xiàn)的長度擴展模體聲波諧振器的諧振頻率為31.23MHz，插損為21dB，品質(zhì)因數(shù)為1951；環(huán)形輪廓模諧振器的諧振頻率為186.22M

4、Hz，插損為15.39dB，品質(zhì)因數(shù)為5207。
　　對加工實現(xiàn)的MEMS諧振器進行測試，并對測試數(shù)據(jù)進行了分析。建立長度擴展模體聲波諧振器的等效電路模型，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計MEMS振蕩器。最終經(jīng)過調(diào)試測得的MEMS振蕩器的振蕩頻率為31.037MHz，相位噪聲為-95.71dBc/Hz@1kHz。
　　對頻率合成技術(shù)進行了簡要的介紹，并用ADIsimPLL建立MEMS振蕩器模型，以此模型代入ADIsimPLL中進行鎖相環(huán)的仿