Development of Integrated Electronics for Readout of High Frequency Micro/Nano-mechanical Resonator

Publication: ResearchPh.D. thesis – Annual report year: 2011

Documents

View graph of relations

Micro størrelse bulk type resonatorer er blevet udviklet gennern de sidste fem år til anvendelse inden for elektronikbranchen til lav strøm og billige alternativer til både passive og aktive komponenter. Dog kan denne type bulk resonator også bruges til bio/kemiske sensorer hvor, da på grund af den minut størrelse og masse af resonatorer, kan små mængder af absorberet masse blive detekteret. En bulk resoator, der arbejder i en dynamisk in-plane vibration tilstand brudes til masse detektion. I dette tilfælde vibrere MEMS resonatoren tæt på sin resonansfrekvens og eventuelle masse absorberes eller deponeres på overfladen og inducerer en frekvens skift på grund af masse ændringer. Bulk resonatorer har vist en høj masse opløsning og arealopløsning samme nlignet med andre populære massemåler enheder, og var dermed i fokus i denne Ph.d arbejde. Efter at have analyseret de mekaniske og elektriske opførsel af den bulk resonatorer, var en fulk elektrisk model udledte for yderligere design og simulation. Modellen er baseret på en elektrisk model med serie modstand induktans og kapacitans (RLC) i parallel med en ekstra parallel kondensator. Igennem analysen ser vi at den parallelle kondensator bringer afvigelse af målteresonans frekvens og også indfører mere støj. Derfor blev kompensations teknikker, der anvendes til an annullere effekten af den parallelle kondensator undersøgt. To interessant kompensation teknikker blev udført, tuneable kondensator og den identiske par. Begge kompensationen metoder vist sig at eksperimentelt mindske frekvensstøjen. Denne afhandling har også indført en ny målemetode kaldet ’pulsed mode’, hvor resonator enheden ikke bliver eksiteret kontinuert som i en traditionel frekvens sweep måling, men i stedet bliver resonatoren eksisteret for en kort tid og derefter forladt i fri bevægelser omkring sin resonansfrekven. Metodens evne til at måle resonans frekvens, Q-faktor og den parallel kondensator på samme tid er verificeret både teoretisk og eksperimentelt i luft ved høj hastighed. Hertil kommer, at metoden ikke har brug for nogen kompliceret form for feedback som gøre den meget letter at infør i forhold til andre metoder og derfor viser denne teknik et stort potentiale for masse målinger i flydende medier, hvor en simple metode for måling flere parametre vil have en enorm indflydelse. Indledende fugtigheds målinger blev også udført og det viste sig at den bulk disk resonatorer har en høj følsomhed og en fremtidig mulighed for reel anvendelse. For at lette integrationer af MEMS resonatoren sammen med udlæsning elektronik, var en aktiv filterindstillet oscillator kredsløb designet og simuleret med CMOS teknologi. Opførslen af kredsløb blev efterprøvet med Matlab Simulink. Men på grund af for korte tid, er den samlede fysiske indretning, fabrikation eller afprøvning af chippen ikke blevet nået. Dette arbejde vil blive fulgt op af samarbejdspartnere.
Original languageEnglish
Publication dateMar 2011
Place of publicationKgs. Lyngby, Denmark
PublisherTechnical University of Denmark (DTU)
StatePublished
Download as:
Download as PDF
Select render style:
APAAuthorCBEHarvardMLAStandardVancouverShortLong
PDF
Download as HTML
Select render style:
APAAuthorCBEHarvardMLAStandardVancouverShortLong
HTML
Download as Word
Select render style:
APAAuthorCBEHarvardMLAStandardVancouverShortLong
Word

Download statistics

No data available

ID: 6426319