文档介绍：具有主动控制功能的薄膜体声波传感器扫频
激励源研究

重庆大学硕士学位论文

学生姓名:刘兴
指导教师:贺学锋副教授
专业:微电子学与固体电子学
学科门类:工学

重庆大学光电工程学院
二 O 一一年五月
Study on Excitation Source of Film Bulk
Acoustic Wave Sensor with Active Control
Function

A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Liu Xing

Supervised by Associate Prof. He Xuefeng
Major: Microelectronics and Solid electronics

College of Optoelectronic Engineering of
Chongqing University, Chongqing, China
May, 2011
中文摘要

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 ******@10KHz ,
杂散水平优于 35dBc ,主动控制电路实现了基本的功能。

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

I
重庆大学硕士学位论文

II
英文摘要

ABSTRACT

The sensors based on film bulk acoustic resonator have advantages of small volume,
low cost and easy integration, and especially suitable for gas, protein, polymers
biochemical detection. Film bulk acoustic sensor have high working frequency (up to
several GHz), and its test mostly rely work analyzer. Due work analyzer is
big and expensive, limiting the film body acoustic sensors extensive application.
Because of sound energy loss caused resolution decline, the current resolution of film
bulk acoustic sensor is difficult to meet low conce