體聲波傳感器檢測電路設(shè)計.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傳感器通過檢測體聲波諧振器（Bulk acoustic Wave Resonator, BAWR）的諧振頻率變化得到待測物理量。本文旨在設(shè)計BAW傳感器的檢測電

2、路，檢測BAWR在受到待測物理量作用時產(chǎn)生的諧振頻率偏移，最終實(shí)現(xiàn)待測物理量的檢測。
　　由于BAWR易受到環(huán)境等因素的干擾，導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，本文采用雙路差分的測量方法，將BAWR構(gòu)成兩路振蕩器，一路用于參考另一路用于測量。兩路振蕩器通過混頻、濾波得到由待測物理量引起的諧振頻率偏移信號，之后將該信號通過放大、整形電路轉(zhuǎn)換為方波信號，最后采用頻率檢測電路得到方波信號的頻率。
　　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)載等效電感來模擬待測的質(zhì)量，解決了無法對 BAW質(zhì)量傳感器進(jìn)行系統(tǒng)級行為仿真的難點(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。
　　對信號轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行了設(shè)計，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，并對混頻器進(jìn)行

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