[發明專利]基于微機械直接熱電式功率傳感器的鎖相環及其制備方法

有效

• 申請號: 201310242836.8
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103346785A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 廖小平;吳昊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085;H03L7/099
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種基于微機械直接熱電式功率傳感器的鎖相環及其制備方法，屬于微電子機械（MEMS）技術。

背景技術

隨著通信行業的不斷發展，特別是無線通信和光纖通信的蓬勃發展，鎖相環（PLL）有著越來越廣泛的應用，同時各種應用對鎖相技術的要求也越來越高。鎖相環是一種利用反饋控制原理實現的頻率及相位的同步技術，其作用是將電路輸出的時鐘與其外部的參考時鐘保持同步。因此鎖相環在眾多領域有應用，如無線通信、數字電視、廣播等。一個鎖相環電路通常由以下模塊構成：鑒相器，低通濾波器，壓控振蕩器和反饋回路。現在的鎖相環芯片向著頻率高、頻帶寬、集成度高、功耗低、成本低和功能強等方向發展。隨著MEMS技術的發展，以及現如今對于MEMS直接熱電式微波功率傳感器的深入研究，使利用MEMS技術實現基于微機械直接熱電式功率傳感器的鎖相環成為可能。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于微機械直接熱電式功率傳感器的鎖相環及其制備方法，直接將鑒相器和低通濾波器兩個模塊簡化為一個由MEMS功合器和MEMS直接熱電式微波功率傳感器構成的模塊，以提高鎖相環的集成度。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

基于微機械直接熱電式功率傳感器的鎖相環，包括襯底、設置在襯底上的地線、MEMS功合器、共面波導（CPW）傳輸線、兩組MEMS固支梁結構和MEMS直接熱電式微波功率傳感器、以及外接的壓控振蕩器，在襯底上定義一條對稱軸線；

所述地線形成沿對稱軸線對稱的結構，包括對稱位于對稱軸線兩側且不相接觸的兩段側邊地線、以及對稱位于對稱軸線上的一段公共地線；

所述MEMS功合器形成沿對稱軸線對稱的結構，包括對稱位于對稱軸線兩側的兩段不對稱共面帶線（ACPS）和隔離電阻，所述兩段不對稱共面帶線的輸入端通過隔離電阻隔離、輸出端相連接；

所述共面波導傳輸線形成沿對稱軸線對稱的結構，包括位于對稱軸線兩側且不相連接的兩段輸入共面波導傳輸線、以及對稱位于對稱軸線上的一段輸出共面波導傳輸線；所述兩段輸入共面波導傳輸線分別與兩段不對稱共面帶線的輸入端相連接，分別作為參考信號輸入端口和反饋信號輸入端口；所述兩段不對稱共面帶線的輸出端相連接后接入輸出共面波導傳輸線，作為信號輸出端口；

所述兩組MEMS固支梁結構分別設置在對稱軸線的兩側且相對對稱軸線對稱，所述MEMS固支梁結構包括MEMS固支梁和錨區，所述MEMS固支梁跨接在位于同一側的輸入共面波導傳輸線的上方、兩端分別通過錨區固定在位于同一側的側邊地線和公共地線上；所述MEMS固支梁和位于其下方的輸入共面波導傳輸線構成補償電容；

所述MEMS直接熱電式微波功率傳感器包括兩組氮化鉭電阻、半導體熱電偶臂和直流輸出塊，所述信號輸出端口分成兩路分別通過一組氮化鉭電阻和半導體熱電偶臂與兩段側邊地線相連接，其中一段側邊地線通過一個直流輸出塊接入壓控振蕩器，另一段側邊地線通過另一個直流輸出塊接地；所述兩組氮化鉭電阻和半導體熱電偶臂形成串聯結構；

所述壓控振蕩器的輸出信號接入反饋信號輸入端口。

優選的，所述輸入共面波導傳輸線上位于MEMS固支梁下方的部分表面覆蓋有氮化硅介質層。

優選的，其中一個直流輸出塊和側邊地線之間的連接線的兩層金屬之間有氮化硅介質層。

優選的，所述MEMS直接熱電式微波功率傳感器基于Seebeck原理對MEMS功合器輸出的合成微波信號的功率進行檢測，并在直流輸出塊上以直流電壓的形式輸出測量結果。

所述襯底為砷化鎵襯底。

上述鎖相環中，CPW傳輸線用于實現微波信號的傳輸。MEMS固支梁和位于其下方的輸入共面波導傳輸線構成補償電容，該補償電容的設計可以在實現電路阻抗匹配的同時縮小MEMS功合器的尺寸，使得整個鎖相環的集成度更高。MEMS功合器用于將輸入的兩路信號（參考信號和反饋信號）進行矢量合成，然后由MEMS直接熱電式微波功率傳感器檢測合成后的微波信號的功率，最后輸出直流電壓；輸出的直流電壓直接接入到壓控振蕩器的輸入端，由壓控振蕩器產生輸出信號；壓控振蕩器產生的輸出信號接入反饋信號端，形成負反饋控制系統，從而實現基于微機械直接熱電式功率傳感器的鎖相環。通過該鎖相環可以實現輸出信號與參考信號頻率相等。

一種基于微機械直接熱電式功率傳感器的鎖相環的制備方法，包括如下步驟：