基于mems宽频带相位检测器的分频器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于MEMS宽频带相位检测器的分频器，包括MEMS宽频带相位检测器、直流自动增益控制AGC放大器、第一压控振荡器VCO1和第二压控振荡器VCO2、第一可变电阻R1和第二可变电阻R2、乘法器。本发明的有益效果为：MEMS宽频带相位检测器的使用，使分频器具有宽频带特性，可以实现对不同频率的参考信号的分频；通过可变电阻对压控振荡器电压的控制和对直流自动增益控制AGC放大器增益的控制，实现对参考信号和反馈信号的同步调节，即使在电路存在波动的情况下也能实现分频；结构新颖，操作方便，与GaAs单片微波集成电路兼容。
【专利说明】
基于MEMS宽频带相位检测器的分频器
技术领域
[0001] 本发明设及微电子机械系统领域，尤其是一种基于MEMS宽频带相位检测器的分频 器。
【背景技术】
[0002] 分频器是使输出频率为其输入参考信号频率1/N的电路。分频器在众多领域都有 应用，如无线通信、雷达、数字电视、广播等。
[0003] 现有技术中，广泛应用的分频器大多是针对单个频点的分频，无法再宽频带范围 内工作。另外，微电子技术促使电路系统向着体积小、功耗低的方向发展。MEMS器件因具有 小的体积、低的功耗等优势使得上述要求成为可能，MEMS宽频带相位检测器能够在较宽频 段内保持稳定的检测性能，具备构造宽频带分频器的潜力。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构合理的基于MEMS宽频带相位检测 器的分频器，可W实现宽频带范围内不同频率信号的分频。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种基于MEMS宽频带相位检测器的分频器，包 括MEMS宽频带相位检测器、直流自动增益控制AGC放大器、第一压控振荡器VC01和第二压控 振荡器VC02、第一可变电阻R1和第二可变电阻R2、乘法器；电源Ve通过第一可变电阻R1加载 到第一压控振荡器VC01上，同时通过第二可变电阻R2加载到直流自动增益控制AGC放大器 上;第一压控振荡器VC01产生参考信号，通过调节第一可变电阻R1的大小改变第一压控振 荡器VC01的控制电压Vei;参考信号和反馈信号分别加载到MEMS宽频带相位检测器的地线2 和CPW信号线3组成的两个对称的输入端口，得到与相位差有关的直流电压V，直流电压V输 入直流自动增益控制AG访义大器，放大后的信号为第二压控振荡器VC02的控制电压Vc2,第二 压控振荡器VC02的输出信号通过乘法器后，频率变为原来的N倍，作为分频器的反馈信号输 入MEMS宽频带相位检测器；调节第二可变电阻R2的大小控制直流自动增益控制AGC放大器 的增益，调节第二压控振荡器VC02的控制电压，控制反馈信号的频率;同步调节第一可变电 阻R1和第二可变电阻R2,使第二压控振荡器VC02的输出频率为第一压控振荡器VC01的输出 频率的1/N倍，完成对不同频率的参考信号的分频，实现在宽频带范围内工作的分频器。
[0006] 优选的，参考信号和反馈信号通过输入端口输入MEMS宽频带相位检测器后，首先 通过功合器进行矢量合成，合成信号通过热电式功率传感器转化为与相位差有关的直流电 压V，经直流输出电极11输出；此直流电压V可W表示为：。Kcos((巧，-巧K +州，其中K为与 输入信号幅度有关的系数，Wref为参考信号角频率，Wbatk为反馈信号角频率，巧为固有相位 差;MEMS宽频带相位检测器输出的直流电压V通过第一端口 12输入至直流自动增益控制AGC 放大器进行放大，放大后的直流电压Vc2可W表示为：哈=心^COS(似。,-鮮。J/ +例巧中A为直流 自动增益控制AGC放大器的增益系数，放大后的直流电压Vc2为第二压控振荡器VC02的控制 电压，通过第二端口 13控制第二压控振荡器VC02的输出频率，VC02输出频率ω。可W通过下 式表巧
通过调节第二可变电阻R2，改变直流自动增益 控制AGC放大器的直流偏置电源Ve可W实现对增益系数A的调节，从而改变第二压控振荡器 VC02的控制电压及其相应的输出信号的频率，第二压控振荡器VC02的输出信号通过第Ξ端 口 14输入乘法器;经过乘法器后，频率变为原来的N倍，也就是：WbaEk = NX ω。，此信号为分 频器的反馈信号，通过第四端口 15重新输入MEMS宽频带相位检测器;通过同步控制第一可 变电阻R1和第二可变电阻R2,可使反馈信号和参考信号的频率相等，巧
第二压控振荡器VC02的输出频率是第一压控振荡器VC01输出频率的1/Ν倍，实现分频。
[0007]优选的，MEMS宽频带相位检测器在不同频率下的输出直流电压V存在波动的情况 下，通过调节第一可变电阻R1和第二可变电阻R2来实现分频，分频后的信号通过第五端口 16输出。
[000引优选的，MEMS宽频带相位检测器WGaAsl为衬底，包括功合器和热电式功率传感 器，功合器包括地线2、CPW信号线3、第一 ACPS传输线4、第二A(PS传输线5、第^ACPS传输线6 和隔离电阻7,热电式功率传感器包括终端电阻8、热电堆半导体臂9、热电堆金属臂10、直流 输出电极11;MEMS宽频带相位检测器WGaAs为衬底，地线2与CPW信号线3构成功合器的输入 和输出端口，第一ACPS传输线4、第二ACPS传输线5和第SA(PS传输线6相级联，隔离电阻7分 别设置在第一 ACPS传输线4、第二ACPS传输线5和第SACPS传输线6的末端，终端电阻8设置 在CPW信号线3的输出端口处，热电堆半导体臂9与热电堆金属臂10依次连接，构成热电堆， 直流输出电极11连接在热电堆两端。
[0009] 优选的，第一ACPS传输线4的特征阻抗为Z1，第二ACPS传输线5的特征阻抗为Z2,第 传输线的特征阻抗为Z3。
[0010] 本发明的有益效果为:MEMS宽频带相位检测器的使用，使分频器具有宽频带特性， 可W实现对不同频率的参考信号的分频;通过可变电阻对压控振荡器电压的控制和对直流 自动增益控制AGC放大器增益的控制，实现对参考信号和反馈信号的同步调节，即使在电路 存在波动的情况下也能实现分频;结构新颖，操作方便，与GaAs单片微波集成电路兼容。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的分频器俯视图。
[001^ 图視本发明的分频器的A-A'向剖面图。
[OOK]图3是本发明的分频器的B-B'向剖面图。
【具体实施方式】
[0014]如图1、2和3所示，一种基于MEMS宽频带相位检测器的分频器，包括MEMS宽频带相 位检测器、直流自动增益控制AGC放大器、第一压控振荡器VC01和第二压控振荡器VC02、第 一可变电阻R1和第二可变电阻R2、乘法器；电源Ve通过第一可变电阻R1加载到第一压控振 荡器VC01上，同时通过第二可变电阻R2加载到直流自动增益控制AG访义大器上;第一压控振 荡器VC01产生参考信号，通过调节第一可变电阻R1的大小改变第一压控振荡器VC01的控制 电压Vei;参考信号和反馈信号分别加载到MEMS宽频带相位检测器的地线2和CPW信号线3组 成的两个对称的输入端口，得到与相位差有关的直流电压V，直流电压V输入直流自动增益 控制AGC放大器，放大后的信号为第二压控振荡器VC02的控制电压VC2，第二压控振荡器VC02 的输出信号通过乘法器后，频率变为原来的N倍，作为分频器的反馈信号输入MEMS宽频带相 位检测器;调节第二可变电阻R2的大小控制直流自动增益控制AGC放大器的增益，调节第二 压控振荡器VC02的控制电压，控制反馈信号的频率；同步调节第一可变电阻R1和第二可变 电阻R2，使第二压控振荡器VC02的输出频率为第一压控振荡器VC01的输出频率的1/N倍，完 成对不同频率的参考信号的分频，实现在宽频带范围内工作的分频器。
[0015] 参考信号和反馈信号通过输入端口输入MEMS宽频带相位检测器后，首先通过功合 器进行矢量合成，合成信号通过热电式功率传感器转化为与相位差有关的直流电压V，经直 流输出电极11输出；此直流电压V可W表示为：f = Kc〇s((巧+州巧中K为与输入信号 幅度有关的系数，Wref为参考信号角频率，Wback为反馈信号角频率，巧为固有相位差;MEMS 宽频带相位检测器输出的直流电压V通过第一端口 12输入至直流自动增益控制AGC放大器 进行放大，放大后的直流电压Vc2可W表示为而=^Kcos((巧。，-心Κ+州，其中A为直流自动增 益控制AGC放大器的增益系数，放大后的直流电压Vc2为第二压控振荡器VC02的控制电压，通 过第二端口 13控制第二压控振荡器VC02的输出频率，VC02输出频率ω。可W通过下式表达：
垣过调节第二可变电阻R2，改变直流自动增益控制AGC 放大器的直流偏置电源Ve可W实现对增益系数A的调节，从而改变第二压控振荡器VC02的 控制电压及其相应的输出信号的频率，第二压控振荡器VC02的输出信号通过第Ξ端口 14输 入乘法器;经过乘法器后，频率变为原来的N倍，也就是：〇back = NX ω。，此信号为分频器的 反馈信号，通过第四端口 15重新输入MEMS宽频带相位检测器;通过同步控制第一可变电阻 R1和第二可变电阻R2,可使反馈信号和参考信号的频率相等，目[
第二压 控振荡器VC02的输出频率是第一压控振荡器VC01输出频率的1 /N倍，实现分频。
[0016] MEMS宽频带相位检测器在不同频率下的输出直流电压V存在波动的情况下，通过 调节第一可变电阻R1和第二可变电阻R2来实现分频，分频后的信号通过第五端口 16输出。 [0017] MEMS宽频带相位检测器WGaAs巧衬底，包括功合器和热电式功率传感器，功合器 包括地线2、CPW信号线3、第一 ACPS传输线4、第二ACPS传输线5、第SACPS传输线6和隔离电 阻7,热电式功率传感器包括终端电阻8、热电堆半导体臂9、热电堆金属臂10、直流输出电极 11;MEMS宽频带相位检测器WGaAs为衬底，地线2与CPW信号线3构成功合器的输入和输出端 口，第一ACPS传输线4、第二ACPS传输线5和第SA(PS传输线6相级联，隔离电阻7分别设置在 第一 A(PS传输线4、第二ACPS传输线5和第SACPS传输线6的末端，终端电阻8设置在CPW信号 线3的输出端口处，热电堆半导体臂9与热电堆金属臂10依次连接，构成热电堆，直流输出电 极11连接在热电堆两端。
[0018]第一 ACPS传输线4的特征阻抗为Z1，第二ACPS传输线5的特征阻抗为Z2,第SACPS 传输线的特征阻抗为Z3。
[0019]本发明的基于MEM馈频带相位检测器的分频器的制备方法如下：
[0020] 1)准备GaAs衬底:选用外延的半绝缘GaAs衬底，其中外延N+GaAs的
[002。 渗杂浓度为1018畑1-3,其方块电阻值为100~130Ω/Π ;
[0022] 2)光刻并隔离外延的N+GaAs，形成热电堆的半导体热偶臂的图形和欧姆接触区；
[0023] 3)反刻N+GaAs，形成其渗杂浓度为l〇i7cnf3的热电堆的半导体热偶臂；
[0024] 4)光刻:去除将要保留金错儀/金地方的光刻胶；
[00巧]5)瓣射金错儀/金，其厚度共为巧OOA;
[0026] 6)剥离，形成热电堆的金属热偶臂；
[0027] 7)光刻:去除将要保留氮化粗地方的光刻胶；
[002引8)瓣射氮化粗，其厚度化皿；
[00巧]9)剥离；
[0030] 10)光刻:去除将要保留第一层金的地方的光刻胶；
[0031] 11)蒸发第一层金，其厚度为0.3WI1;
[0032] 12)剥离，形成CPW信号线、A(PS信号线、地线、直流输出电极；
[0033] 13)反刻氮化粗，形成终端电阻，其方块电阻为25Ω/Π ;
[0034] 14)蒸发铁/金/铁，其厚度为500/1500./300A:蒸发用于电锻的底金；
[0035] 15)光刻:去除要电锻地方的光刻胶；
[0036] 16)电锻第二层金，其厚度为2皿；
[0037] 17)反刻铁/金/铁，腐蚀底金，形成CPW信号线、A(PS信号线、地线、直流输电极；
[0038] 18)将该GaAs衬底背面减薄至100皿；
[0039] 19)将制备的MEMS宽频带相位检测器与其他电路元件相连，构成分频器。
[0040] 区分是否为该结构的标准如下：
[0041] 本发明的基于MEMS宽频带相位检测器的分频器包含MEMS宽频带相位检测器，直流 自动增益控制AGC放大器，第一压控振荡器VC01和第二压控振荡器VC02,第一可变电阻R1和 第二可变电阻R2,乘法器。MEMS宽频带相位检测器采用Ξ节传输线级联结构，实现宽带特 性。直流电源Ve通过第一可变电阻R1和第二可变电阻R2分别连接到第一压控振荡器VC01和 直流自动增益控制AGC放大器上，参考信号由第一压控振荡器VC01产生，通过调节第一可变 电阻R1的大小来控制参考信号的频率。参考信号和反馈信号通过MEMS宽频带相位检测器后 输出包含相位差信息的直流电压V，经直流自动增益控制AGC放大器进行放大，产生第二压 控振荡器VC02的控制电压，第二压控振荡器VC02的输出信号经乘法器后产生反馈信号。直 流自动增益控制AGC放大器的增益由第二可变电阻R2控制，通过调节第二可变电阻R2的大 小便可控制反馈信号的频率，同步调节第一可变电阻R1和第二可变电阻R2使第二压控振荡 器VC02的输出频率为第一压控振荡器VC01输出频率的1/N倍，完成分频，实现在宽频带范围 内工作的分频器。
[0042] 尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解， 只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可W对本发明进行各种变化和修改。
【主权项】
1. 一种基于MEMS宽频带相位检测器的分频器，其特征在于，包括:MEMS宽频带相位检测 器、直流自动增益控制AGC放大器、第一压控振荡器VC01和第二压控振荡器VC02、第一可变 电阻R1和第二可变电阻R2、乘法器；电源V E通过第一可变电阻R1加载到第一压控振荡器 VC01上，同时通过第二可变电阻R2加载到直流自动增益控制AGC放大器上;第一压控振荡器 VC01产生参考信号，通过调节第一可变电阻R1的大小改变第一压控振荡器VC01的控制电压 Vq;参考信号和反馈信号分别加载到MEMS宽频带相位检测器的地线(2)和CPW信号线(3)组 成的两个对称的输入端口，得到与相位差有关的直流电压V，直流电压V输入直流自动增益 控制AGC放大器，放大后的信号为第二压控振荡器VC02的控制电压V C2，第二压控振荡器VC02 的输出信号通过乘法器后，频率变为原来的N倍，作为分频器的反馈信号输入MEMS宽频带相 位检测器;调节第二可变电阻R2的大小控制直流自动增益控制AGC放大器的增益，调节第二 压控振荡器VC02的控制电压，控制反馈信号的频率；同步调节第一可变电阻R1和第二可变 电阻R2，使第二压控振荡器VC02的输出频率为第一压控振荡器VC01的输出频率的1/N倍，完 成对不同频率的参考信号的分频，实现在宽频带范围内工作的分频器。2. 如权利要求1所述的基于MEMS宽频带相位检测器的分频器，其特征在于，参考信号和 反馈信号通过输入端口输入MEMS宽频带相位检测器后，首先通过功合器进行矢量合成，合 成信号通过热电式功率传感器转化为与相位差有关的直流电压V，经直流输出电极（11)输 出;此直流电压V表不为：P = fcos((iy,w -+ ，其中K为与输入信号幅度有关的系数，coref 为参考信号角频率，《badi为反馈信号角频率，炉为固有相位差;MEMS宽频带相位检测器输出 的直流电压V通过第一端口（ 12)输入至直流自动增益控制AGC放大器进行放大，放大后的直 流电压Vc2表示为Π = 的:，其中A为直流自动增益控制AGC放大器的增益系 数，放大后的直流电压VC2为第二压控振荡器VC02的控制电压，通过第二端口（ 13)控制第二 压控振荡器V C 0 2的输出频率，V C 0 2输出频率ω。通过下式表达：，通过调节第二可变电阻R2，改变直流自动增益控制AGC 放大器的直流偏置电源VC可以实现对增益系数Α的调节，从而改变第二压控振荡器VC02的 控制电压及其相应的输出信号的频率，第二压控振荡器VC02的输出信号通过第三端口（14) 输入乘法器;经过乘法器后，频率变为原来的N倍，也就是：co baek = NX ω。，此信号为分频器 的反馈信号，通过第四端口（15)重新输入MEMS宽频带相位检测器;通过同步控制第一可变电阻R1和第二可变电阻R2,可使反馈信号和参考信号的频率相等， 二压控振荡器VC02的输出频率是第一压控振荡器VCO1输出频率的1 /N倍，实现分频。3. 如权利要求1所述的基于MEMS宽频带相位检测器的分频器，其特征在于，MEMS宽频带 相位检测器在不同频率下的输出直流电压V存在波动的情况下，通过调节第一可变电阻R1 和第二可变电阻R2来实现分频，分频后的信号通过第五端口（16)输出。4. 如权利要求1所述的基于MEMS宽频带相位检测器的分频器，其特征在于，MEMS宽频带 相位检测器以GaAs(l)为衬底，包括功合器和热电式功率传感器，功合器包括地线（2)、CPW 信号线(3)、第一ACPS传输线(4)、第二ACPS传输线(5)、第三ACPS传输线(6)和隔离电阻(7)， 热电式功率传感器包括终端电阻(8)、热电堆半导体臂(9)、热电堆金属臂（10)、直流输出电 极（11);MEMS宽频带相位检测器以GaAs为衬底，地线(2)与CPW信号线（3)构成功合器的输入 和输出端口，第一ACPS传输线(4)、第二ACPS传输线（5)和第三ACPS传输线(6)相级联，隔离 电阻（7)分别设置在第一 ACPS传输线(4)、第二ACPS传输线（5)和第三ACPS传输线(6)的末 端，终端电阻(8)设置在CPW信号线（3)的输出端口处，热电堆半导体臂(9)与热电堆金属臂 (10)依次连接，构成热电堆，直流输出电极(11)连接在热电堆两端。5.如权利要求1所述的基于MEMS宽频带相位检测器的分频器，其特征在于，第一 ACPS传 输线(4)的特征阻抗为Z1，第二ACPS传输线(5)的特征阻抗为Z2，第三ACPS传输线(6)的特征 阻抗为Z3。
【文档编号】H03L7/18GK106059577SQ201610395544
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】廖小平, 韩居正
【申请人】东南大学