[發明專利]一種基于半頻靜電激振的高頻體模態諧振器測試方法

有效

• 申請號: 201710827926.1
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107703437B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 韋學勇;王曙東;蔣莊德;趙玉龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種基于半頻靜電激振的高頻體模態諧振器測試方法，包括開環測試方法和閉環測試方法，開環測試方法適用于實驗室環境中高頻體模態諧振器的標定測試；閉環測試方法適用于工業現場中高頻體模態諧振器的實際應用；本發明利用半頻波靜電激振諧振器的原理，將饋穿電流降為二分頻，而由諧振器振動產生的動態電流仍為原先頻率，二者被分隔在不同的頻段，通過外部電路可以將饋穿電流帶來的噪聲去除，大大提高了諧振器測試的信噪比，進而提高了硅微振蕩器的性能參數。

技術領域

本發明涉及諧振器測試技術領域，特別涉及一種基于半頻靜電激振的高頻體模態諧振器測試方法。

背景技術

目前，已有許多科研工作者針對硅微振蕩器的測試開展相應的研究，包括振蕩電路的優化改進、溫度補償機制的探究等。中國專利(CN 102439844)在傳統硅微振蕩電路中引入了修正部，可根據原振蕩信號生成規定的頻率信號，并作為輸出信號來反饋至硅微振蕩器，依此方式，提升了硅微振蕩器的穩定性。中國專利(CN 102377408 A)針對振蕩器的測試電路進行了改進，并采用壓阻測量方法提升了硅微振蕩器的實用性。由于硅材料的溫度效應，硅微振蕩器的振蕩頻率易受外界溫度的影響，致使溫度漂移較大。針對此，中國專利(CN 104811186 A)設計了一種溫度補償機制，保證了硅微振蕩器周圍環境溫度的穩定，提升其抗溫漂能力；中國專利(CN 102594260)利用寄生電容與溫度傳感器構成補償電路，同樣避免了溫度漂移帶來的頻率穩定性降低。

目前為止，尚未有公開文獻致力于高頻體模態硅微諧振器的測試優化工作。硅微諧振器一般通過濺射的金屬電極層連接外部電路，由于硅材料自身的導電性，金屬電極層之間存在著寄生電容，諧振器的激振信號通過寄生電容直接傳輸至拾振端，從而形成了饋穿電流，影響了拾振信號的信噪比。在對高頻體模態硅微諧振器進行測試時，由于其激振困難，需要較大的激振電流，加之其本征頻率往往較高，饋穿電流帶來的負面影響尤為明顯，大大增加了高頻體模態硅微諧振器的測試難度。在利用傳統方法檢測時，饋穿電流與諧振器振動帶來的動態電流為同頻信號，通過外部電路不能很好的將二者分離，導致有效信號往往被淹沒于饋穿信號和噪聲本底中，測試結果不能達到要求。

發明內容

本發明提供了一種基于半頻靜電激振的高頻體模態諧振器測試方法，通過半頻靜電激振的方法，使得饋穿電流和動態電流分隔在不同頻段，再通過外部電路濾除饋穿電流帶來的影響，實現高頻體模態硅微振蕩器的信噪比和頻率穩定性的提升。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于半頻靜電激振的高頻體模態諧振器測試方法，包括開環測試方法和閉環測試方法，開環測試方法適用于實驗室環境中高頻體模態諧振器的標定測試；閉環測試方法適用于工業現場中高頻體模態諧振器的實際應用；

所述的開環測試方法，包括以下步驟：矢量網格分析儀10-1的A端口輸出交變正弦電流ω，通過比較器10-2，正弦電流變為高電平3.3V、低電平0.3V的同頻方波，然后經變頻電路10-3將該信號調制為半頻信號ω/2，與直流偏置電壓一起通入諧振器的硅微諧振子1激振端，當交變正弦電流ω的頻率與硅微諧振子1的固有頻率ω₀相同時，硅微諧振子1與半頻激振信號產生共振，且振動頻率為其固有頻率ω₀；硅微諧振子1的振動產生了頻率也為ω₀的動態電流，在硅微諧振子1的拾振端檢測到該動態電流，經放大器10-4放大、高通濾波器10-5去除饋穿電流后，輸入矢量網格分析儀10-1的B端口進行檢測分析；