使用反射系数电桥的谐振器自动测量系统

为了精确确定石英晶体谐振器的等效电路参数,已研制出一种自动测量系统。该系统的主要部分是 HP4191A 射频阻抗分析仪,它是一种使用反射系数电桥而频率范围为1到1000MHz 的可程控仪器。通过使用合格的阻抗标准,就可以使测量结果溯源于国家标准。完整的测量系统由阻抗分析仪、可程控频率综合器和合适的控制器组成。已经制作出一种专用设备来提供标准的晶体组件。介绍了该系统的硬件和主要软件的特点,并且给出了测量例子。除了测量等效电路参数外,此系统还允许用一个模拟负载电容来测量谐振频率和电阻。也可以测量寄生模的参数。此系统还适用于 SAW 谐振器以及体波谐振器的测量。     

5MHz空气隙石英谐振器的研制

通常的高精密石英谐振器采用的是电极膜直接被在石英晶体谐振片上,玻璃壳火封或冷压焊封装结构。本文介绍一种结构全新的高精密石英谐振器的设计、工艺和性能。它的电极膜是被在靠近石英晶体谐振片的上下二个电容器上,电极膜与谐振片形成空气隙形状,所以称为空气隙石英谐振器或无电极石英谐振器。它的外壳采用了密封性能很好的金属化氢焊和电子束焊封接装技术,使产品提高Q值和改进老化。尤其是石英晶体谐振片采用了SC切型进一步提高了短期频率稳定度和加速度灵敏度。     

5.2兆赫宽带晶体滤波器的试制

一、概述随着通讯和频率控制技术的迅速发展,滤波器的应用范围越来越广。对滤波器,不仅在稳定性和选择性方面提出了越来越高的要求,而且在带外防卫度方面也提出了严格的要求。滤波器的种类很多,早先是传统的LC滤波器,后来又出现了多种新型滤波器,诸如晶体滤波器、陶瓷滤波器、有源滤波器和数字滤波器等。这里介绍一种5.2兆赫晶体宽带滤波器。主要讨论其带宽的控制和阻带寄生衰减的抑制,并简要介绍滤波器的设计和调试的全过程。分立式晶体宽带滤波器,是由石英谐振器,电容器及电感线圈等分立元件组成。其滤波特性,除了取决于石英谐振器的等效参数以外,还与展宽线圈的关系甚大。晶体滤波器的带宽,取决于石英谐振器的串并谐振和反谐振之间的间隔,即取决于滤波晶体的等效电路的静电容C_0与动态电容C_s之比r,即r=C_0/C_(so)如采用狭带     

一种等离子体诊断的开放式谐振器研究

本文提出了一种可用于等离子体诊断的开放式谐振器设计。谐振器由高Q型谐振腔和点聚焦天线组成,并通过强耦合孔将两者结合。高Q型谐振腔的部分能量由强耦合孔辐射至天线,经点聚焦天线将辐射能量汇聚于等离子体层。由等离子体电子密度变化引起天线反射系数的变化,该变化与高Q型谐振腔互作用后引起谐振频率和Q值的变化。经实际测试,随着等离子体电子密度的升高,谐振腔的谐振频率和Q值呈现上升趋势,可用于实现等离子体电子密度的非接触性探测。     

氮化铝薄膜及复合体波谐振器

为了在超高频范围内对基模振荡器进行控制和运用滤波器,开展了对于小型体波谐振器的基本材料和器件特性的研究。本文报道了氮化铝(ALN)在构成复合谐振器几何形状和边缘支撑型晶片结构方面的性能。 ALN薄膜是在直流平板磁控管溅镀装置中,用中间电极溅射出来的AL和等离子气体中的N_2之间的等离子体反应生成的。一般溅镀条件是:溅镀压力=1×10~(-3)毛,空气含氮量=99.999％基片温度=200℃,直流功率-225瓦,溅镀率=1.2微米/小时。ALN薄膜的品质用扫描式电子显微镜(SEM)、X射线衍射法和奥格(Auger)电子分光镜进行鉴定。检测结果说明,溅镀的ALN薄膜具有严格的晶向结构,其C轴垂直于Si(硅)基片表面。对于由1.7微米ALN薄膜和8微米Si基片组成的谐振器,测出的基频串联谐振频率为328.53兆赫,基频并联谐振频率为328.61兆赫。这种规格谐振器的Q值约有7500,它在-20℃至+120℃范围内的实测温度系数约为-4×10~(-8)/℃。对于具有1.7微米ALN薄膜和6微米Si基片的谐振器,实测的温度系数是-6×10~(-6)/℃。这种规格谐振器的Q值约为5000,它的基频串联谐振频率是524.11兆赫,而基频并联谐振频率是524.45兆赫。应用微电子半导体加工技术,已经制成了边缘支撑型ALN晶片。晶片厚度为1.0至7微米,面积约为300平方微米。这种晶片是边缘支撑型的,这与以前报道的底膜支撑型薄膜是不相同的。厚度为6.5微米的典型ALN晶片在790兆赫附近产生基模谐振,耦合系数为10.3％。在-20℃至120℃范围内测得的温度系数可达到-20.5×10~(-6)/℃。目前,已按外延特性制造出具有水平C轴的氧化锌ZnO晶片。这种晶片显示出切变波谐振特性,这意味着晶片有很高的谐振Q和比较简单的模式结构。     

首次从理论上阐明石英谐振器在室温、低温下1/f噪声和Q值的关系

石英晶体振荡器的极限稳定度是由时域噪声本底相对应的石英谐振器频率噪声决定的。只有减小电子噪声的起伏,才能测量谐振器本身的谐振频率起伏。使用π型传输网络和相位平衡电桥,能够将激励源的相位起伏抑制50-60dB。此测量系统曾在室温下测量了大量的成对谐振器,发现1/f 频率噪声电平和 Q 值之间的相互关系遵循1/Q~4规律。为了将谐振器频率起伏的测量扩展到极低温,研究了一种能测不同谐振器对的新测量系统。因此,在4K 和1K 温度下测得了1/f 频率噪声,并观察到随着 Q 值的增加而噪声大大减小。现在有一种理论能解释1/Q~4规律。这就是根据声波衰减和速度变化引起的三声子相互作用过程来解释。声波衰减和速度变化这两种现象均可用热声子的张弛时间来加以说明。     

用于石英谐振器研究的频域反射计

本文介绍一种用于精确测量石英晶体谐振频率特性的调相频域反射计系统的概念和工作原理。反射计法容许被测晶体谐振器远置于一环境试验箱中;这系统还能同时而又单独地对任一给定晶体中发生的不同谐振模(例如,SC切晶体中的b模和c模谐振)进行频率测量。这一反射计技木主要适用于对谐振器进行以下基本研究:频率一温度特性的研究;滞后现象和热冲击效应的研究;幅度一频率因数和多模激励特性的研究以及核幅射效应的研究,等等。本仪器也可应用于晶体生产过程,包括自动化生产、测试以及质量控制等。     

谐振器工作在两频率上的简接幅频效应

使用单个石英谐振器,能够在加上几种激励电压情况下,同时得到几种谐振频率。几个振荡器可以使用同一个谐振器。但在信号幅度增加时,不会出现线性效应。各种不同振动之间的耦合,主要由下列两方面引起:1)振荡器之间的电子耦合。2)振荡材料本身引起的耦合(通过非线性效应)。文中只考虑了两个谐振频率之间的耦合,其实验数据符合 B.V.A 谐振器。为了消除振荡器之间的电子耦合,可用两个隔离的频率综合器对谐振器进行无源测试。主振模的频率变化,是根据其它模的幅度进行测量的。为了明确起见,把这种效应称做间接幅频效应(或引入的幅频效应)。这里介绍的一些特殊情况包括:采用三次和五次泛音和 B 模的5兆赫 AT 切和 SC 切晶体。本文给出了一些实验结果和曲线图,同时提出了一些应用。     

溅镀C轴倾斜的压电膜和切变波谐振器

作者对溅镀的压电膜能否应用于甚高频至微波频率的声波器件进行了研究。本文介绍了切变波谐振器用的C轴倾斜的氧化锌(ZnO)和氮化铝(AlN)膜的生长及特性。文中计算了某些膜的切变波激动的定向关系。这些膜在C轴取向与表面法线成大约45°时,可能激励出接近于纯的切变波。在其他角度,则只能激励准切变波和准纵向波。 C轴对膜法线倾斜方向合适的ZnO或AlN膜,是在配有辅助阳极的反应式直流面磁控管溅镀系统中生长的。这类膜可用扫描式电子显微镜(SEM)和体声波器件测量法进行鉴定。自Si基片法线倾斜的C轴晶粒柱形结构可在扫描式电子显微镜中清楚地看到。C轴倾斜角达45°,厚度达10微米的薄膜已经制做成功。在P~+Si基片上溅镀上ZnO和AlN可以制成复合谐振器。这类谐振器的Q值在200兆赫到500兆赫基频谐振范围内大约为5000。特别令人感兴趣的是可以对谐振频率进行温度补偿。在ZnO/Si和AlN/Si的复合结构上已制造出室温下串联谐振频率的绝对温度系数小于1×10~6/℃的谐振器。ZnO和AlN晶片谐振器的温度系数已测出为-36.2×10~-6/℃和-25×10~-6/℃。这表明P~+Si基片在切变膜时的温度系数大约是+9×10~6/℃、     

硅微半球陀螺结构与制造方法及其接口电路设计

针对微半球陀螺加工对称性差的问题,提出了自对准球形电极的多晶硅半球谐振器架构,实现了电极与谐振器相同曲率的一体化成型工艺,从而确保了谐振器的对称性。为使谐振器具有较大的驱动和检测电容,电极和外壳之间的间隙由牺牲层制成,电容间隙均匀且达到了1.5μm。接口控制电路采用基于FPGA的数字化设计,发挥了数字系统信噪比高和开发灵活的优势,实现了开环扫频、锁相环、自动增益控制、交流正交抑制等核心功能。实验结果表明,该陀螺的品质因数达到了42554,谐振频率为5.130kHz和5.128kHz,零偏稳定性达到了3.4°/hr。     

类蛛网状盘式谐振微陀螺的抗冲击性能与结构误差仿真分析

具有导航级潜能的盘式谐振微陀螺是国际研究最热门的一类微机械陀螺,在此基础上设计了一款频率裂解小的类蛛网状盘式谐振微陀螺。通过有限元仿真软件进行了模态分析和冲击分析,仿真结果表明类蛛网状盘式谐振微陀螺工作模态与寄生模态最小频差为3.9kHz,可承受的冲击载荷加速度高达25000g。此外,开展了晶向误差和工艺误差等结构误差对频率裂解影响的仿真研究,结果表明,其比圆环状盘式谐振陀螺在频率裂解上具有更低的结构误差敏感度。综上说明该结构能有效抑制寄生模态干扰、抗冲击性能强且结构误差鲁棒性好,具有较好的发展前景。     

96MHz耐振石英谐振器的研制

为了使在高速飞行器上所用石英谐振器具有能承受高强度振动和冲击的能力,把石英谐振器常用的磷铜丝支架改为特殊形状的镍片支架,研制出了96MHz 高频石英谐振器。给出了设计、制作方法和在正弦机械振动频率为10～2000Hz 扫描振动下的静态实验测试数据.测试数据表明,经过3小时以上的振动,这种高频石英谐振器承受住了300m/s~2的振动加速度.还简要地叙述了锁相环路中所用高频石英谐振器对振动加速度的要求.     

双谐振器敏感结构谐振式传感器

提出一种采用双谐振器敏感结构的谐振式传感器,传感器的敏感元件包括两个结构参数一致的谐振器,传感器的闭环控制系统由两个幅度控制器和一个反相器组成.分析了这样两个谐振器串联的频率特性,指出在谐振器固有频率点上,两个谐振器串联的相移是180°.给出了双谐振器敏感结构谐振式传感器闭环系统的实现方法,同时分析了当两个谐振器的结构参数不一致时,两个谐振器串联的频率特性.分析结果表明,两个结构参数相差不大的谐振器串联仍然可以构成自激闭环.双谐振器敏感结构谐振式传感器的闭环控制系统中去掉了移相环节,避免了由移相环节产生的相位漂移所引入的测量误差,并有效地提高了传感器的Q值.      

基于HFSS的蓝宝石谐振器仿真设计

本文介绍了一种工作在回音壁模式下的蓝宝石谐振器的仿真方案.该方案基于Ansoft HFSS软件,首先通过本征模模式探究了蓝宝石柱体与腔体的尺寸改变对不同回音壁模式谐振频率与无载品质因数的影响;再向谐振腔中加入了耦合端口,通过驱动模式探究耦合端口位置与形状的改变对整个谐振腔传递函数的影响.最终设计出的蓝宝石谐振器有着良好...     

晶片几何形状对AT和SC切石英谐振器加速灵敏度的影响

AT切谐振器的加速灵敏度与晶片的曲率密切相关。片子的球面变得较平时,加速灵敏度系数差不多随着屈光度值线性地减小。已经研究过四种类型的AT切谐振器:5MHz基模,5MHz三次泛音,10MHz三次泛音和20 MHz基模。已经发现给定球面的双凸谐振器并不比同样球面的平凸谐振器的加速灵敏度更低。据观察,晶片的曲率和SC切谐振器的加速灵敏度没有关系。设计的大量的基模和三次泛音AT与SC切谐振器已通过鉴定。至今,设计得最好的AT切谐振器的加速灵敏度并不比设计得最好的SC切谐振器的加速灵敏度差。     

MEMS谐振器的常用闭环驱动控制方法对比分析

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)谐振器因其频率输出的特性被广泛应用于多种微机电传感器中。为提高其谐振工作状态的稳定性,普遍采用闭环控制的方法实现MEMS谐振器的静电驱动和检测。本文针对三类主流的MEMS谐振器闭环驱动方法开展研究,即分别对无自动增益控制、直流-交流自动增益控制和交流自动增益控制方法进行了原理分析和仿真建模。通过搭建仿真模型对比了三种闭环驱动控制方法的响应速度和稳幅效果,并总结了各类方法的优缺点。结果表明,无自动增益控制的闭环驱动方法结构简单,引入噪声源较少,稳幅效果较差,易造成谐振器的振动非线性;直流-交流自动增益控制和交流自动增益控制方法响应速度快,稳幅效果好。其中直流-交流自动增益控制方法稳定性好,功耗高,不利于低功耗、小型化发展。交流自动增益控制方法结构简单,但增益模块会导致噪声信号被放大,不利于信噪比的提高。本文的研究为未来对特定谐振器闭环驱动控制方法提供了较为具体的指导意见。     

电调节砷化镓声表面波谐振器振荡器

已经用砷化镓制作出高 Q 表面波谐振器,并且用来控制振荡器的频率。由于砷化镓既是压电材料,又是半导体材料,因此有可能用来对全单片振荡器进行电调节。曾对半绝缘基片上的表面波谐振器的参数进行了研究。这些器件既有刻槽,又有金属电极反射栅。可调节频率的声表面波谐振器被制作在用肖脱基势垒电极作为谐振器栅的外延砷化镓基片上。调节频率并不显著改变介入损耗。两端对谐振器的介入损耗值典型的在15和20dB 之间,在180兆赫的负载 Q 值高达12000。虽然砷化镓的延迟温度系数为52ppm/℃,但是,可以通过加一层 Au/SiO_2对砷化镓延迟线进行温度补偿。     

低噪声500MHz频率源

本文介绍一种高可靠、长寿命频率源的设计。为了可靠的工作,该装置采用了备用结构型式,并用体波和声表面波谐振器来保证极低的相位噪声和寄生输出。500MHz 和400MHz 多路输出是由25MHz 参考输入或由一个内部100MHz 温度补偿晶体振荡器直接合成而产生的。当使用外部参考时,25MHz 输入滤波器和两个50MHz、100MHz 附加晶体滤波器保证在最后倍频之前将相位噪声本底减小到理论最小值。500MHz 倍频输出信号用两端口SAW 谐振器进行滤波。这些谐振器在50欧匹配系统中,工作的输入功率电平为+15dBm。滤波电路还保证将内外产生的调制边带减小到可以忽略的程度。在离载波大于2MHz 间隔频率上,其单边带相位噪声低于-174dBc/Hz。同样,在所有频率上,寄生信号均低于-110dBc。频率源工作在有电噪声的环境中。良好的有源、无源滤波和封装屏蔽可保证最小的导电和辐射敏感性。对系统的苛刻要求决定采用无单点故障的备用重复结构。提出的封装设想是使组件的内部连接最短,并使两个备用发生器在物理和电气上互不相关。     

改进的环形支架谐振器

本文研究一些有改进的环形支架(r-s)谐振器。这些谐振器证明能够在宽的温度范围和在现场受到静压和动压情况下提供高精度频率。本文报道这种有改进的环形支架谐振器对溫度和力效应的试验结果。这种谐振器是环形支撑的,用具有适当球面外形的双凸晶体和凹凸晶体制成,其频率温度特性是在-196℃—+160℃宽温度范围内测量的。幸运的是,有改进的环形r-s凹凸石英的试验结果证明频率稳定度极好。我们还讨论了Q值与有改进的环形r-s谐振器的球面外形的相关性。通过对这些有改进的r-s谐振器的最佳设计,我们能够进一步预估稳定的精密谐振器的形状。     

传输法测试系统用于晶体滤波器特性的测量

介绍了在现有石英晶体谐振器传输法测试系统2100的基础上,扩展其功能用以测试晶体滤波器特性及晶体谐振器寄生响应等的原理和方法,并给出了部分产品的测试结果。