基于mems寬頻帶相位檢測器的分頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器，包括MEMS寬頻帶相位檢測器、直流自動增益控制AGC放大器、第一壓控振蕩器VCO1和第二壓控振蕩器VCO2、第一可變電阻R1和第二可變電阻R2、乘法器。本發(fā)明的有益效果為：MEMS寬頻帶相位檢測器的使用，使分頻器具有寬頻帶特性，可以實現(xiàn)對不同頻率的參考信號的分頻；通過可變電阻對壓控振蕩器電壓的控制和對直流自動增益控制AGC放大器增益的控制，實現(xiàn)對參考信號和反饋信號的同步調(diào)節(jié)，即使在電路存在波動的情況下也能實現(xiàn)分頻；結(jié)構(gòu)新穎，操作方便，與GaAs單片微波集成電路兼容。
【專利說明】
基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微電子機械系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 分頻器是使輸出頻率為其輸入?yún)⒖夹盘栴l率1/N的電路。分頻器在眾多領(lǐng)域都有 應(yīng)用，如無線通信、雷達、數(shù)字電視、廣播等。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，廣泛應(yīng)用的分頻器大多是針對單個頻點的分頻，無法再寬頻帶范圍 內(nèi)工作。另外，微電子技術(shù)促使電路系統(tǒng)向著體積小、功耗低的方向發(fā)展。MEMS器件因具有 小的體積、低的功耗等優(yōu)勢使得上述要求成為可能，MEMS寬頻帶相位檢測器能夠在較寬頻 段內(nèi)保持穩(wěn)定的檢測性能，具備構(gòu)造寬頻帶分頻器的潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種結(jié)構(gòu)合理的基于MEMS寬頻帶相位檢測 器的分頻器，可W實現(xiàn)寬頻帶范圍內(nèi)不同頻率信號的分頻。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器，包 括MEMS寬頻帶相位檢測器、直流自動增益控制AGC放大器、第一壓控振蕩器VC01和第二壓控 振蕩器VC02、第一可變電阻R1和第二可變電阻R2、乘法器；電源Ve通過第一可變電阻R1加載 到第一壓控振蕩器VC01上，同時通過第二可變電阻R2加載到直流自動增益控制AGC放大器 上;第一壓控振蕩器VC01產(chǎn)生參考信號，通過調(diào)節(jié)第一可變電阻R1的大小改變第一壓控振 蕩器VC01的控制電壓Vei;參考信號和反饋信號分別加載到MEMS寬頻帶相位檢測器的地線2 和CPW信號線3組成的兩個對稱的輸入端口，得到與相位差有關(guān)的直流電壓V，直流電壓V輸 入直流自動增益控制AG訪義大器，放大后的信號為第二壓控振蕩器VC02的控制電壓Vc2,第二 壓控振蕩器VC02的輸出信號通過乘法器后，頻率變?yōu)樵瓉淼腘倍，作為分頻器的反饋信號輸 入MEMS寬頻帶相位檢測器；調(diào)節(jié)第二可變電阻R2的大小控制直流自動增益控制AGC放大器 的增益，調(diào)節(jié)第二壓控振蕩器VC02的控制電壓，控制反饋信號的頻率;同步調(diào)節(jié)第一可變電 阻R1和第二可變電阻R2,使第二壓控振蕩器VC02的輸出頻率為第一壓控振蕩器VC01的輸出 頻率的1/N倍，完成對不同頻率的參考信號的分頻，實現(xiàn)在寬頻帶范圍內(nèi)工作的分頻器。
[0006] 優(yōu)選的，參考信號和反饋信號通過輸入端口輸入MEMS寬頻帶相位檢測器后，首先 通過功合器進行矢量合成，合成信號通過熱電式功率傳感器轉(zhuǎn)化為與相位差有關(guān)的直流電 壓V，經(jīng)直流輸出電極11輸出；此直流電壓V可W表示為：。Kcos((巧，-巧K +州，其中K為與 輸入信號幅度有關(guān)的系數(shù)，Wref為參考信號角頻率，Wbatk為反饋信號角頻率，巧為固有相位 差;MEMS寬頻帶相位檢測器輸出的直流電壓V通過第一端口 12輸入至直流自動增益控制AGC 放大器進行放大，放大后的直流電壓Vc2可W表示為：哈=心^COS(似。,-鮮。J/ +例巧中A為直流 自動增益控制AGC放大器的增益系數(shù)，放大后的直流電壓Vc2為第二壓控振蕩器VC02的控制 電壓，通過第二端口 13控制第二壓控振蕩器VC02的輸出頻率，VC02輸出頻率ω?？蒞通過下 式表巧
通過調(diào)節(jié)第二可變電阻R2，改變直流自動增益 控制AGC放大器的直流偏置電源Ve可W實現(xiàn)對增益系數(shù)A的調(diào)節(jié)，從而改變第二壓控振蕩器 VC02的控制電壓及其相應(yīng)的輸出信號的頻率，第二壓控振蕩器VC02的輸出信號通過第Ξ端 口 14輸入乘法器;經(jīng)過乘法器后，頻率變?yōu)樵瓉淼腘倍，也就是：WbaEk = NX ω。，此信號為分 頻器的反饋信號，通過第四端口 15重新輸入MEMS寬頻帶相位檢測器;通過同步控制第一可 變電阻R1和第二可變電阻R2,可使反饋信號和參考信號的頻率相等，巧
第二壓控振蕩器VC02的輸出頻率是第一壓控振蕩器VC01輸出頻率的1/Ν倍，實現(xiàn)分頻。
[0007]優(yōu)選的，MEMS寬頻帶相位檢測器在不同頻率下的輸出直流電壓V存在波動的情況 下，通過調(diào)節(jié)第一可變電阻R1和第二可變電阻R2來實現(xiàn)分頻，分頻后的信號通過第五端口 16輸出。
[000引優(yōu)選的，MEMS寬頻帶相位檢測器WGaAsl為襯底，包括功合器和熱電式功率傳感 器，功合器包括地線2、CPW信號線3、第一 ACPS傳輸線4、第二A(PS傳輸線5、第^ACPS傳輸線6 和隔離電阻7,熱電式功率傳感器包括終端電阻8、熱電堆半導(dǎo)體臂9、熱電堆金屬臂10、直流 輸出電極11;MEMS寬頻帶相位檢測器WGaAs為襯底，地線2與CPW信號線3構(gòu)成功合器的輸入 和輸出端口，第一ACPS傳輸線4、第二ACPS傳輸線5和第SA(PS傳輸線6相級聯(lián)，隔離電阻7分 別設(shè)置在第一 ACPS傳輸線4、第二ACPS傳輸線5和第SACPS傳輸線6的末端，終端電阻8設(shè)置 在CPW信號線3的輸出端口處，熱電堆半導(dǎo)體臂9與熱電堆金屬臂10依次連接，構(gòu)成熱電堆， 直流輸出電極11連接在熱電堆兩端。
[0009] 優(yōu)選的，第一ACPS傳輸線4的特征阻抗為Z1，第二ACPS傳輸線5的特征阻抗為Z2,第 傳輸線的特征阻抗為Z3。
[0010] 本發(fā)明的有益效果為:MEMS寬頻帶相位檢測器的使用，使分頻器具有寬頻帶特性， 可W實現(xiàn)對不同頻率的參考信號的分頻;通過可變電阻對壓控振蕩器電壓的控制和對直流 自動增益控制AGC放大器增益的控制，實現(xiàn)對參考信號和反饋信號的同步調(diào)節(jié)，即使在電路 存在波動的情況下也能實現(xiàn)分頻;結(jié)構(gòu)新穎，操作方便，與GaAs單片微波集成電路兼容。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的分頻器俯視圖。
[001^ 圖視本發(fā)明的分頻器的A-A'向剖面圖。
[OOK]圖3是本發(fā)明的分頻器的B-B'向剖面圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1、2和3所示，一種基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器，包括MEMS寬頻帶相 位檢測器、直流自動增益控制AGC放大器、第一壓控振蕩器VC01和第二壓控振蕩器VC02、第 一可變電阻R1和第二可變電阻R2、乘法器；電源Ve通過第一可變電阻R1加載到第一壓控振 蕩器VC01上，同時通過第二可變電阻R2加載到直流自動增益控制AG訪義大器上;第一壓控振 蕩器VC01產(chǎn)生參考信號，通過調(diào)節(jié)第一可變電阻R1的大小改變第一壓控振蕩器VC01的控制 電壓Vei;參考信號和反饋信號分別加載到MEMS寬頻帶相位檢測器的地線2和CPW信號線3組 成的兩個對稱的輸入端口，得到與相位差有關(guān)的直流電壓V，直流電壓V輸入直流自動增益 控制AGC放大器，放大后的信號為第二壓控振蕩器VC02的控制電壓VC2，第二壓控振蕩器VC02 的輸出信號通過乘法器后，頻率變?yōu)樵瓉淼腘倍，作為分頻器的反饋信號輸入MEMS寬頻帶相 位檢測器;調(diào)節(jié)第二可變電阻R2的大小控制直流自動增益控制AGC放大器的增益，調(diào)節(jié)第二 壓控振蕩器VC02的控制電壓，控制反饋信號的頻率；同步調(diào)節(jié)第一可變電阻R1和第二可變 電阻R2，使第二壓控振蕩器VC02的輸出頻率為第一壓控振蕩器VC01的輸出頻率的1/N倍，完 成對不同頻率的參考信號的分頻，實現(xiàn)在寬頻帶范圍內(nèi)工作的分頻器。
[0015] 參考信號和反饋信號通過輸入端口輸入MEMS寬頻帶相位檢測器后，首先通過功合 器進行矢量合成，合成信號通過熱電式功率傳感器轉(zhuǎn)化為與相位差有關(guān)的直流電壓V，經(jīng)直 流輸出電極11輸出；此直流電壓V可W表示為：f = Kc〇s((巧+州巧中K為與輸入信號 幅度有關(guān)的系數(shù)，Wref為參考信號角頻率，Wback為反饋信號角頻率，巧為固有相位差;MEMS 寬頻帶相位檢測器輸出的直流電壓V通過第一端口 12輸入至直流自動增益控制AGC放大器 進行放大，放大后的直流電壓Vc2可W表示為而=^Kcos((巧。，-心Κ+州，其中A為直流自動增 益控制AGC放大器的增益系數(shù)，放大后的直流電壓Vc2為第二壓控振蕩器VC02的控制電壓，通 過第二端口 13控制第二壓控振蕩器VC02的輸出頻率，VC02輸出頻率ω?？蒞通過下式表達：
垣過調(diào)節(jié)第二可變電阻R2，改變直流自動增益控制AGC 放大器的直流偏置電源Ve可W實現(xiàn)對增益系數(shù)A的調(diào)節(jié)，從而改變第二壓控振蕩器VC02的 控制電壓及其相應(yīng)的輸出信號的頻率，第二壓控振蕩器VC02的輸出信號通過第Ξ端口 14輸 入乘法器;經(jīng)過乘法器后，頻率變?yōu)樵瓉淼腘倍，也就是：〇back = NX ω。，此信號為分頻器的 反饋信號，通過第四端口 15重新輸入MEMS寬頻帶相位檢測器;通過同步控制第一可變電阻 R1和第二可變電阻R2,可使反饋信號和參考信號的頻率相等，目[
第二壓 控振蕩器VC02的輸出頻率是第一壓控振蕩器VC01輸出頻率的1 /N倍，實現(xiàn)分頻。
[0016] MEMS寬頻帶相位檢測器在不同頻率下的輸出直流電壓V存在波動的情況下，通過 調(diào)節(jié)第一可變電阻R1和第二可變電阻R2來實現(xiàn)分頻，分頻后的信號通過第五端口 16輸出。 [0017] MEMS寬頻帶相位檢測器WGaAs巧襯底，包括功合器和熱電式功率傳感器，功合器 包括地線2、CPW信號線3、第一 ACPS傳輸線4、第二ACPS傳輸線5、第SACPS傳輸線6和隔離電 阻7,熱電式功率傳感器包括終端電阻8、熱電堆半導(dǎo)體臂9、熱電堆金屬臂10、直流輸出電極 11;MEMS寬頻帶相位檢測器WGaAs為襯底，地線2與CPW信號線3構(gòu)成功合器的輸入和輸出端 口，第一ACPS傳輸線4、第二ACPS傳輸線5和第SA(PS傳輸線6相級聯(lián)，隔離電阻7分別設(shè)置在 第一 A(PS傳輸線4、第二ACPS傳輸線5和第SACPS傳輸線6的末端，終端電阻8設(shè)置在CPW信號 線3的輸出端口處，熱電堆半導(dǎo)體臂9與熱電堆金屬臂10依次連接，構(gòu)成熱電堆，直流輸出電 極11連接在熱電堆兩端。
[0018]第一 ACPS傳輸線4的特征阻抗為Z1，第二ACPS傳輸線5的特征阻抗為Z2,第SACPS 傳輸線的特征阻抗為Z3。
[0019]本發(fā)明的基于MEM饋頻帶相位檢測器的分頻器的制備方法如下：
[0020] 1)準備GaAs襯底:選用外延的半絕緣GaAs襯底，其中外延N+GaAs的
[002。 滲雜濃度為1018畑1-3,其方塊電阻值為100~130Ω/Π ;
[0022] 2)光刻并隔離外延的N+GaAs，形成熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂的圖形和歐姆接觸區(qū)；
[0023] 3)反刻N+GaAs，形成其滲雜濃度為l〇i7cnf3的熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂；
[0024] 4)光刻:去除將要保留金錯儀/金地方的光刻膠；
[00巧]5)瓣射金錯儀/金，其厚度共為巧OOA;
[0026] 6)剝離，形成熱電堆的金屬熱偶臂；
[0027] 7)光刻:去除將要保留氮化粗地方的光刻膠；
[002引8)瓣射氮化粗，其厚度化皿；
[00巧]9)剝離；
[0030] 10)光刻:去除將要保留第一層金的地方的光刻膠；
[0031] 11)蒸發(fā)第一層金，其厚度為0.3WI1;
[0032] 12)剝離，形成CPW信號線、A(PS信號線、地線、直流輸出電極；
[0033] 13)反刻氮化粗，形成終端電阻，其方塊電阻為25Ω/Π ;
[0034] 14)蒸發(fā)鐵/金/鐵，其厚度為500/1500./300A:蒸發(fā)用于電鍛的底金；
[0035] 15)光刻:去除要電鍛地方的光刻膠；
[0036] 16)電鍛第二層金，其厚度為2皿；
[0037] 17)反刻鐵/金/鐵，腐蝕底金，形成CPW信號線、A(PS信號線、地線、直流輸電極；
[0038] 18)將該GaAs襯底背面減薄至100皿；
[0039] 19)將制備的MEMS寬頻帶相位檢測器與其他電路元件相連，構(gòu)成分頻器。
[0040] 區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標準如下：
[0041] 本發(fā)明的基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器包含MEMS寬頻帶相位檢測器，直流 自動增益控制AGC放大器，第一壓控振蕩器VC01和第二壓控振蕩器VC02,第一可變電阻R1和 第二可變電阻R2,乘法器。MEMS寬頻帶相位檢測器采用Ξ節(jié)傳輸線級聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)寬帶特 性。直流電源Ve通過第一可變電阻R1和第二可變電阻R2分別連接到第一壓控振蕩器VC01和 直流自動增益控制AGC放大器上，參考信號由第一壓控振蕩器VC01產(chǎn)生，通過調(diào)節(jié)第一可變 電阻R1的大小來控制參考信號的頻率。參考信號和反饋信號通過MEMS寬頻帶相位檢測器后 輸出包含相位差信息的直流電壓V，經(jīng)直流自動增益控制AGC放大器進行放大，產(chǎn)生第二壓 控振蕩器VC02的控制電壓，第二壓控振蕩器VC02的輸出信號經(jīng)乘法器后產(chǎn)生反饋信號。直 流自動增益控制AGC放大器的增益由第二可變電阻R2控制，通過調(diào)節(jié)第二可變電阻R2的大 小便可控制反饋信號的頻率，同步調(diào)節(jié)第一可變電阻R1和第二可變電阻R2使第二壓控振蕩 器VC02的輸出頻率為第一壓控振蕩器VC01輸出頻率的1/N倍，完成分頻，實現(xiàn)在寬頻帶范圍 內(nèi)工作的分頻器。
[0042] 盡管本發(fā)明就優(yōu)選實施方式進行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解， 只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可W對本發(fā)明進行各種變化和修改。
【主權(quán)項】
1. 一種基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器，其特征在于，包括:MEMS寬頻帶相位檢測 器、直流自動增益控制AGC放大器、第一壓控振蕩器VC01和第二壓控振蕩器VC02、第一可變 電阻R1和第二可變電阻R2、乘法器；電源V E通過第一可變電阻R1加載到第一壓控振蕩器 VC01上，同時通過第二可變電阻R2加載到直流自動增益控制AGC放大器上;第一壓控振蕩器 VC01產(chǎn)生參考信號，通過調(diào)節(jié)第一可變電阻R1的大小改變第一壓控振蕩器VC01的控制電壓 Vq;參考信號和反饋信號分別加載到MEMS寬頻帶相位檢測器的地線(2)和CPW信號線(3)組 成的兩個對稱的輸入端口，得到與相位差有關(guān)的直流電壓V，直流電壓V輸入直流自動增益 控制AGC放大器，放大后的信號為第二壓控振蕩器VC02的控制電壓V C2，第二壓控振蕩器VC02 的輸出信號通過乘法器后，頻率變?yōu)樵瓉淼腘倍，作為分頻器的反饋信號輸入MEMS寬頻帶相 位檢測器;調(diào)節(jié)第二可變電阻R2的大小控制直流自動增益控制AGC放大器的增益，調(diào)節(jié)第二 壓控振蕩器VC02的控制電壓，控制反饋信號的頻率；同步調(diào)節(jié)第一可變電阻R1和第二可變 電阻R2，使第二壓控振蕩器VC02的輸出頻率為第一壓控振蕩器VC01的輸出頻率的1/N倍，完 成對不同頻率的參考信號的分頻，實現(xiàn)在寬頻帶范圍內(nèi)工作的分頻器。2. 如權(quán)利要求1所述的基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器，其特征在于，參考信號和 反饋信號通過輸入端口輸入MEMS寬頻帶相位檢測器后，首先通過功合器進行矢量合成，合 成信號通過熱電式功率傳感器轉(zhuǎn)化為與相位差有關(guān)的直流電壓V，經(jīng)直流輸出電極（11)輸 出;此直流電壓V表不為：P = fcos((iy,w -+ ，其中K為與輸入信號幅度有關(guān)的系數(shù)，coref 為參考信號角頻率，《badi為反饋信號角頻率，爐為固有相位差;MEMS寬頻帶相位檢測器輸出 的直流電壓V通過第一端口（ 12)輸入至直流自動增益控制AGC放大器進行放大，放大后的直 流電壓Vc2表示為Π = 的:，其中A為直流自動增益控制AGC放大器的增益系 數(shù)，放大后的直流電壓VC2為第二壓控振蕩器VC02的控制電壓，通過第二端口（ 13)控制第二 壓控振蕩器V C 0 2的輸出頻率，V C 0 2輸出頻率ω。通過下式表達：，通過調(diào)節(jié)第二可變電阻R2，改變直流自動增益控制AGC 放大器的直流偏置電源VC可以實現(xiàn)對增益系數(shù)Α的調(diào)節(jié)，從而改變第二壓控振蕩器VC02的 控制電壓及其相應(yīng)的輸出信號的頻率，第二壓控振蕩器VC02的輸出信號通過第三端口（14) 輸入乘法器;經(jīng)過乘法器后，頻率變?yōu)樵瓉淼腘倍，也就是：co baek = NX ω。，此信號為分頻器 的反饋信號，通過第四端口（15)重新輸入MEMS寬頻帶相位檢測器;通過同步控制第一可變電阻R1和第二可變電阻R2,可使反饋信號和參考信號的頻率相等， 二壓控振蕩器VC02的輸出頻率是第一壓控振蕩器VCO1輸出頻率的1 /N倍，實現(xiàn)分頻。3. 如權(quán)利要求1所述的基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器，其特征在于，MEMS寬頻帶 相位檢測器在不同頻率下的輸出直流電壓V存在波動的情況下，通過調(diào)節(jié)第一可變電阻R1 和第二可變電阻R2來實現(xiàn)分頻，分頻后的信號通過第五端口（16)輸出。4. 如權(quán)利要求1所述的基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器，其特征在于，MEMS寬頻帶 相位檢測器以GaAs(l)為襯底，包括功合器和熱電式功率傳感器，功合器包括地線（2)、CPW 信號線(3)、第一ACPS傳輸線(4)、第二ACPS傳輸線(5)、第三ACPS傳輸線(6)和隔離電阻(7)， 熱電式功率傳感器包括終端電阻(8)、熱電堆半導(dǎo)體臂(9)、熱電堆金屬臂（10)、直流輸出電 極（11);MEMS寬頻帶相位檢測器以GaAs為襯底，地線(2)與CPW信號線（3)構(gòu)成功合器的輸入 和輸出端口，第一ACPS傳輸線(4)、第二ACPS傳輸線（5)和第三ACPS傳輸線(6)相級聯(lián)，隔離 電阻（7)分別設(shè)置在第一 ACPS傳輸線(4)、第二ACPS傳輸線（5)和第三ACPS傳輸線(6)的末 端，終端電阻(8)設(shè)置在CPW信號線（3)的輸出端口處，熱電堆半導(dǎo)體臂(9)與熱電堆金屬臂 (10)依次連接，構(gòu)成熱電堆，直流輸出電極(11)連接在熱電堆兩端。5.如權(quán)利要求1所述的基于MEMS寬頻帶相位檢測器的分頻器，其特征在于，第一 ACPS傳 輸線(4)的特征阻抗為Z1，第二ACPS傳輸線(5)的特征阻抗為Z2，第三ACPS傳輸線(6)的特征 阻抗為Z3。
【文檔編號】H03L7/18GK106059577SQ201610395544
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】廖小平, 韓居正
【申請人】東南大學(xué)