[發明專利]面向物聯網的振蕩信號泄漏能量收集的懸臂梁混頻器

在審

• 申請號: 201710700783.8
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107528545A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 廖小平;陳晨
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16;H03H7/01;H03H7/52
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明提出了面向物聯網的振蕩信號泄漏能量收集的懸臂梁混頻器，屬于微電子機械系統(MEMS)的技術領域。

背景技術

物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，廣泛應用于網絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。混頻器則是面向物聯網的接收機中的重要組成部分，混頻器將天線上接收到的射頻信號與本振產生的信號相乘，主要用來實現頻率變換。傳統的接收機中，由于本地振蕩產生的參考信號功率要比接受信號功率大得多，參考信號會有部分經過混頻器流向LNA，并被阻擋產生反射回波，參考信號的回波與參考信號在混頻器處相乘產生直流輸出，增大了直流功耗。本專利提出了一種新型混頻器，可以將振蕩信號泄漏的能量收集起來，解決了參考信號的反射回波產生的問題，提高了隔離度，降低了功耗，同時實現了泄漏能量的收集，有較高的應用前景。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種面向物聯網的振蕩信號泄漏能量收集的懸臂梁混頻器，本發明在傳統的混頻結構前并聯帶通濾波器和AC/DC電路構成新型的混頻器，通過帶通濾波器將由混頻結構泄漏過來的振蕩信號濾出，并由AC/DC電路將泄漏的能量轉換成直流電流后由充電電池進行收集，防止了振蕩信號的自混頻，降低了直流功耗。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種面向物聯網的振蕩信號泄漏能量收集的懸臂梁混頻器，包括帶通濾波器、AC/DC模塊、充電電池、混頻結構和中頻濾波器，其中混頻結構為三端口網絡，三端口分別為第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端；接收信號接混頻結構的第一輸入端，同時混頻結構的第一輸入端連接帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器的輸出端連接AC/DC模塊，AC/DC模塊連接充電電池，混頻結構的第二輸入端接振蕩信號，混頻結構的第一輸出端接中頻濾波器，中頻濾波器輸出中頻信號，實現了振蕩信號泄漏能量的收集，防止了振蕩信號的自混頻，降低了直流功耗。

優選的：所述帶通濾波器包括兩個平面電感和兩個電容式懸臂梁，這兩個平面電感分別為第一平面電感L1和第二平面電感L2，兩個電容式懸臂梁分別為第一電容式懸臂梁K1和第二電容式懸臂梁K2，第一電容式懸臂梁K1的一端和第一平面電感L1一端相連構成為濾波器的輸入端，第一電容式懸臂梁K1的另一端連接地，第一平面電感L1的另一端連接第二電容式懸臂梁K2的一端和第二平面電感L2的一端，第二平面電感L2的另一端接地，第二電容式懸臂梁K2的另一端作為濾波器的輸出端，通過控制第一電容式懸臂梁K1和第二電容式懸臂梁K2的下拉驅動電壓調節接入的電容大小從而調節濾波器的通帶頻域。

優選的：所述平面電感以硅為襯底，在硅襯底上氧化一層SiO₂層，其表面兩邊分別有第一段傳輸線、第二段傳輸線，電感線圈通過第一連接支撐柱、第二連接支撐柱別與第一段傳輸線、第二段傳輸線連接并懸空在位于第一段傳輸線上的氮化硅介質層和第二段傳輸線之上。

優選的：所述電容式懸臂梁在SiO₂層上表面有下拉電極，兩端有第三段傳輸線和第四段傳輸線，在第四段傳輸線的內側上部有第二氮化硅介質層，在下拉電極上設有第一氮化硅介質層，在第三段傳輸線上有錨區，錨區與懸臂梁的一端相連，而懸臂梁的另一端懸空，且懸臂梁懸空在第一氮化硅介質層和第二氮化硅介質層的上方。

優選的：第一電容式懸臂梁K1的第三段傳輸線和第一平面電感L1的第一段傳輸線相連構成為濾波器的輸入端，第一電容式懸臂梁K1的第四段傳輸線連接地，第一平面電感L1的第二段傳輸線連接第二電容式懸臂梁K2的第三段傳輸線和第二平面電感L2的第一段傳輸線，第二平面電感L2的第二段傳輸線接地，第二電容式懸臂梁K2的第四段傳輸線作為濾波器的輸出端，通過控制第一電容式懸臂梁K1和第二電容式懸臂梁K2的下拉驅動電極上的下拉驅動電壓能夠調節接入的第一電容C1、第二電容C2的大小從而調節濾波器的通帶頻域以振蕩信號頻率為中心。

優選的：所述通帶頻域下截止頻率上截止頻率因為本地振蕩信號能量較大，會向混頻結構輸入端泄漏，流至輸入端的振蕩信號的頻率f_LO滿足帶通濾波器的通頻帶，即f₁≤f_LO≤f₂，因此，泄漏的本地振蕩信號經過帶通濾波器后，被AC/DC模塊轉化為直流信號由充電電池收集，防止了振蕩信號的自混頻，降低了直流功耗。

優選的：所述帶通濾波器是基于MEMS技術的LC可調帶通濾波器。

本發明相比現有技術，具有以下有益效果：