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具有主动控制功能的薄膜体声波传感器扫频激励源研究

作　者: 刘兴
导　师: 贺学锋
学　校: 重庆大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 薄膜体声波传感器激励源频率合成器主动控制分辨率
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

基于薄膜体声波谐振器的传感器具有小体积、低成本、易集成等优点,特别适合作为生化传感器用于气体、蛋白质、聚合物等的检测。薄膜体声波传感器工作频率高(可达数GHz),其测试大多依赖于体积庞大、价格昂贵的网络分析仪,限制了薄膜体声波传感器的广泛应用。另外,由于声能损失导致分辨率下降,目前的薄膜体声波传感器还难以满足低浓度小分子检测的要求。本论文针对重庆大学提出的具有主动控制功能的高分辨率薄膜体声波传感器对检测电路的需求,开展不依赖于网络分析仪的薄膜体声波传感器的激励和反馈控制电路研究,对促进薄膜体声波传感器的广泛应用具有重要意义。本论文根据该新型FBAR传感器对扫频激励源的要求,设计了一种能够产生主动控制信号的扫频激励源,主要研究内容如下:(1)在对薄膜体声波传感器的现状及发展趋势进行分析的基础上,提出采用主动控制的方法提高薄膜体声波传感器分辨率,建立了传感器的数学模型,并通过仿真验证了主动控制方法的有效性。(2)在分析现有频率合成技术的原理基础上,结合薄膜体声波传感器实际测试要求,提出了锁相环、直接数字频率合成和混频相结合的频率合成器方案,通过仿真验证了方案的可行性,并完成了频率合成器硬件电路和控制软件的设计。(3)在分析薄膜体声波传感器主动控制方法基础上,提出了主动控制信号产生电路的方案,验证了其可行性,完成了硬件电路和控制软件的设计。(4)完成了各个电路模块的调试,测试了部分频点信号的质量,测试结果显示基本达到了设计的要求,频率合成器输出信号相位噪声优于? 70dBc @10KHz,杂散水平优于? 35dBc,主动控制电路实现了基本的功能。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 引言  8
  1.2 研究背景及研究意义  8-16
  1.3 本论文研究目的和主要研究内容  16-17
  1.4 本章小结  17-18
2 薄膜体声波传感器主动控制方法及测试系统结构  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 薄膜体声波传感器主动控制方法  18-23
  2.3 具有主动控制功能的薄膜体声波传感器测试系统  23-25
  2.4 本章小结  25-26
3 高性能频率合成器的设计  26-58
  3.1 引言  26
  3.2 频率合成技术原理  26-35
    3.2.1 直接式频率合成  26-27
    3.2.2 间接式频率合成  27-32
    3.2.3 直接数字频率合成  32-34
    3.2.4 混合式频率合成  34-35
  3.3 频率合成器方案论证  35-37
    3.3.1 激励源指标分析  35
    3.3.2 频率合成器方案及其可行性论证  35-37
  3.4 主要模块设计  37-57
    3.4.1 1600MHz 和1000MHz 信号产生电路设计  37-45
    3.4.2 DDS 电路设计  45-49
    3.4.3 1900MHz-3500MHz 信号产生电路  49-52
    3.4.4 混频放大电路设计  52-55
    3.4.5 频率合成器控制系统设计  55-57
  3.5 本章小结  57-58
4 主动控制电路的设计  58-66
  4.1 引言  58
  4.2 主动控制电路方案  58-59
  4.3 主要电路模块设计  59-64
    4.3.1 幅度相位调节电路设计  59-62
    4.3.2 信号叠加电路设计  62-64
    4.3.3 控制部分设计  64
  4.4 系统电磁兼容性设计  64-65
  4.5 本章小结  65-66
5 测试与分析  66-74
  5.1 引言  66
  5.2 版图与实物  66-67
  5.3 系统测试  67-72
    5.3.1 频率合成器测试  68-71
    5.3.2 主动控制电路测试  71-72
  5.4 存在问题分析  72-73
  5.5 本章小结  73-74
6 总结与展望  74-76
  6.1 主要结论  74
  6.2 下一步的主要研究工作  74-76
致谢  76-78
参考文献  78-82
附录  82

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