[實用新型]一種基于微機械間接熱電式功率傳感器的鎖相環

有效

• 申請號: 201320352457.X
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN203313158U
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 廖小平;楊國
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085
• 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

本實用新型涉及微電子機械系統（MEMS）的技術領域，尤其是涉及一種基于微機械間接熱電式功率傳感器的鎖相環。

背景技術

鎖相環（PLL:Phase-locked?loops）是一種利用反饋控制原理實現的頻率及相位的同步技術，是將參考信號與輸出信號之間的相位進行比較，產生相位誤差電壓來調節輸出電壓的相位，以達到與參考信號同頻的目的。鎖相環在眾多領域有應用，如無線通信、雷達、數字電視、廣播等。當前廣泛采用的鎖相環技術有模擬鎖相環、模數混合鎖相環以及數字鎖相環，它們的優點是精度很高，但是有著電路結構復雜、尺寸較大的缺點。隨著微電子技術的突飛猛進，新材料、新技術、新工藝不斷涌現，促使對無線通信系統和雷達系統等電子設備的要求不斷提高：簡單的結構，較小的體積以及精度較高的鎖相環電路成為一種趨勢。當前，MEMS技術得到了快速發展，間接熱電式功率傳感器的研究日趨成熟，使基于微機械間接熱電式功率傳感器的鎖相環成為可能，因此有必要設計一種基于微機械間接熱電式功率傳感器的鎖相環。

實用新型內容

為解決目前鎖相環存在的不足，本實用新型提出一種基于微機械間接熱電式功率傳感器的鎖相環，該鎖相環結構簡單、體積更小、精度更高。

為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種基于微機械間接熱電式功率傳感器的鎖相環，包括襯底、設置在襯底上的功合器和MEMS間接式微波功率傳感器、以及外接的壓控振蕩器，在襯底上定義一條對稱軸線；功合器形成沿對稱軸線對稱的結構，包括地線、共面波導傳輸線、兩段不對稱共面帶線、隔離電阻、兩組固支梁和錨區；MEMS間接式微波功率傳感器包括兩組終端電阻、金屬熱偶臂、半導體熱偶臂、金屬連接線和兩個直流輸出塊。

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、對稱位于對稱軸線上的一段公共地線。

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、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輸入端相連接；所述兩段不對稱共面帶線輸入端通過隔離電阻隔離，所述兩段不對稱共面帶線輸出端相連接后接入輸出共面波導傳輸線；所述兩段不對稱共面帶線和隔離電阻形成沿對稱軸線對稱的結構；所述兩段輸入共面波導傳輸線分別作為參考信號輸入端口和反饋信號輸入端口，所述輸出共面波導傳輸線作為信號輸出端口。

所述兩組固支梁分別設置在對稱軸線的兩側且相對對稱軸線對稱，所述固支梁跨接在位于同一側的輸入共面波導傳輸部分的上方，兩端分別通過錨區固定在位于同一側的地線側邊地線和公共地線上。

所述輸出共面波導傳輸線分別與兩段側邊地線通過一組終端電阻相連接，所述兩組終端電阻分別對應設置有一組熱電偶；所述兩組熱電偶的一端通過金屬連接線串聯連接，另一端分別通過金屬連接線與直流輸出塊相連接；其中一個直流輸出塊與壓控振蕩器輸入端相連接，另一個直流輸出塊接地；所述熱電偶由金屬熱偶臂和半導體熱偶臂組成。

所述壓控振蕩器的輸出端與反饋信號輸入端口相連。

功合器固支梁與下方的共面波導傳輸線構成補償電容，該補償電容的設計可以實現電路阻抗匹配的同時縮小功分器的尺寸，使整個鎖相環的集成度更高。壓控振蕩器的輸出信號反饋到功合器的一個輸入端，參考信號加在功合器的另一個輸入端，經間接熱電式功率傳感器檢測，得到與參考信號和壓控振蕩器輸出信號的相位差成比例的電壓，該電壓加到壓控振蕩器的輸入端，使壓控振蕩器的本振信號頻率隨著所輸入的電壓的變化而變化。恰當的環路設計，這種變化可以使壓控振蕩器輸出信號的頻率與參考信號的頻率一致。

更進一步的，所述共面波導傳輸線（3）和固支梁（12）之間設有氮化硅介質層（11），所述氮化硅介質層（11）覆蓋在共面波導傳輸線（3）上，使功合器固支梁與下方的共面波導傳輸線構成補償電容。

本實用新型還提出一種基于微機械間接熱電式功率傳感器的鎖相環的制備方法，包含如下步驟：

（1）制作砷化鎵襯底：選用外延的半絕緣砷化鎵襯底，其中外延N^＋砷化鎵的摻雜濃度為10¹⁸cm^-3，其方塊電阻值為100～130Ω/□；

（2）光刻并隔離外延的N^＋砷化鎵，形成熱電堆的半導體熱偶臂的圖形和歐姆接觸區；