如今的科技是越來(lái)越發(fā)達(dá)，很多生產(chǎn)工廠(chǎng)都有自己一套獨(dú)特的線(xiàn)路設(shè)計(jì)，都在不斷的創(chuàng)新，希望能使原有的零部件性能更精確，體積更小化?？当入娮右矠檫_(dá)成這一目標(biāo)而不懈努力，該公司近期研發(fā)一款聲表面濾波器的高精度振蕩電路，此款產(chǎn)品的推出有效的推進(jìn)SAW濾波器在市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。
聲表面( SAW )晶振是一種采用叉指結(jié)構(gòu)的頻率選擇性很好的器件，通過(guò)精確設(shè)計(jì)兩邊的叉指換能器的叉指對(duì)數(shù)及間距后，再通過(guò)蒸發(fā)光刻等工藝制成。聲表面諧振器( SAWR ) 是一種高Q 值的諧振器，在很多方面都與石英晶體諧振器相似。
與聲表面波延遲線(xiàn)( SAWDL)振蕩器相比，雙端諧振器的傳輸特性類(lèi)似于高Q 值延遲線(xiàn)的特性，但它有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn): 一是諧振器的尺寸很小; 二是諧振器的插損要小得多; 三是諧振器的調(diào)頻范圍比延遲線(xiàn)窄，但是調(diào)頻范圍增加的同時(shí)穩(wěn)定度會(huì)降低。
對(duì)于基于諧振型SAW 器件的傳感器來(lái)說(shuō)，基線(xiàn)頻率穩(wěn)定度是最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。對(duì)于聲表面波氣體傳感器，聲表器件上需加敏感膜，這樣會(huì)增加器件的插損，過(guò)大的插損會(huì)降低穩(wěn)定度，因此SAW濾波器本身的插損不能大。
聲表面諧振器也可以根據(jù)叉指換能器的對(duì)數(shù)分為單端諧振器和雙端諧振器兩種。這兩種類(lèi)型的諧振器各有特點(diǎn)，單端聲表面諧振器振蕩電路簡(jiǎn)單，元器件少，頻率穩(wěn)定度好，相位噪聲低，可實(shí)現(xiàn)低電壓、低功耗，但是其波段覆蓋系數(shù)小，當(dāng)超出它的這個(gè)范圍時(shí)將會(huì)導(dǎo)致不起振。雙端聲表面諧振器的優(yōu)點(diǎn)是容易起振，如果相移網(wǎng)絡(luò)選擇合適，可以在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，其缺點(diǎn)是這種電路較為復(fù)雜，成本較高。
3 振蕩電路的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)是基于雙端聲表面諧振器進(jìn)行的電路設(shè)計(jì)，為了使電路既能容易滿(mǎn)足振蕩條件，又能達(dá)到良好的性能，采用閉環(huán)正反饋放大的振蕩電路形式，它包括一個(gè)放大電路和一個(gè)反饋回路，電路原理框圖如圖1所示。本次設(shè)計(jì)采用的聲表面器件型號(hào)為RP1308，中心頻率為433. 92MH z， 180 相移的雙端諧振型器件。
該電路在諧振點(diǎn)形成單模振蕩的條件與其他類(lèi)型的諧振式傳感器類(lèi)似，其條件如下:
( 1)相位條件，即諧振器和環(huán)路其他元件引起的總相移為2 的整數(shù)倍。
( 2)幅值條件，即環(huán)路增益為1。
( 3)其他諧振模態(tài)的抑制，即在除所需要的諧振模態(tài)的其他頻率點(diǎn)上，產(chǎn)生諧振所需要的相位和幅值條件不同時(shí)滿(mǎn)足。
基于上述條件，本設(shè)計(jì)的第一步是選取合適的射頻集成電路( RF IC )放大器，使其參數(shù)滿(mǎn)足聲表面振蕩電路的相關(guān)要求。這些參數(shù)包括放大增益、帶寬和最大輸入功率等等。選擇合適的放大器，在一定頻率范圍內(nèi)，不同頻率的聲表面濾波器都可以使用相同的振蕩電路，從而實(shí)現(xiàn)振蕩。第二步，設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)源LC濾波器把開(kāi)路增益限制在雙端聲表面波器件基頻附近較窄的頻率范圍內(nèi)，此時(shí)雙端聲表面波器件作為一個(gè)元件放置在放大器的反饋電路中。
由于在閉環(huán)內(nèi)建立起振蕩應(yīng)滿(mǎn)足相位平衡條件，因此放大器本身的相位變化也必然要引起輸出頻率的變化。這種相位變化主要來(lái)源于電源電壓的變化、溫度的變化及元件的老化等。因此閉環(huán)放大器應(yīng)選擇其相頻特性在振蕩器中心頻率附近較大范圍內(nèi)保持平坦、使電源電壓等因素對(duì)頻率變化影響最小的類(lèi)型。此外，選擇低噪聲、高增益的放大器尤為重要。另外，為簡(jiǎn)化匹配電路的設(shè)計(jì)，可以選擇輸入輸出阻抗均為50 的單片放大器。綜上考慮，本次設(shè)計(jì)所選取的放大器為UPC2748T，該型號(hào)的放大器工作電壓為3V、中心工作頻率為900MH z，具有優(yōu)越的性能，體積小，而且價(jià)格便宜。

本設(shè)計(jì)的振蕩電路原理圖如圖2所示，由放大器U1、L2、L3、R1及聲表面波諧振器構(gòu)成振蕩回路，其中L1、C1為放大器供電電壓的處理部分，信號(hào)在振蕩回路內(nèi)起振并達(dá)到穩(wěn)定的振蕩頻率。在振蕩環(huán)路內(nèi)，可調(diào)元器件為L(zhǎng)2、L3、R1和C2，因此振蕩電路的調(diào)試簡(jiǎn)單快捷，能夠快速的設(shè)計(jì)好振蕩電路。
當(dāng)L2、L3為39nH， R1為0Ω， C2為1. 5 pF時(shí)，滿(mǎn)足電路振蕩的條件，電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定振蕩。
該振蕩電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易起振，且由于有源器件較少，因此不會(huì)過(guò)多引入噪聲，使得振蕩電路的穩(wěn)定性較好。振蕩電路的振蕩頻率由SAW 器件的諧振頻率決定，調(diào)節(jié)閉環(huán)環(huán)路元器件，使振蕩回路滿(mǎn)足振蕩條件，得到理想的振蕩頻率。選取合適的匹配電路，可使得該振蕩電路能夠在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)。此電路所用元器件較少，方便實(shí)現(xiàn)多路檢測(cè)通道的設(shè)計(jì)制作，能夠很好的應(yīng)用于SAW 傳感器陣列系統(tǒng)。

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