[发明专利]一种薄膜体声波振荡器的温度漂移补偿方法和电路

说明书

技术领域

本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种薄膜体声波振荡器的温度漂移补偿方法和电路。

技术背景

薄膜体声波振荡器(FBAR)由于其高工作频率，高灵敏度，优良滤波特性，低插入损耗，高功率承载能力，与集成电路工艺良好的兼容等特性，近年来被广泛应用于无线通信系统中，如无线通信射频前端的双工器、振荡器、谐振器及其他频率相关组件。另外，FBAR因为其高质量变化灵敏度，易于封装，而且制造成本低等特点也越来越广泛地用做微质量传感器，应用于化学和生物领域。

大多数FBAR器件具有由中心频率表征的带通特性频率响应，其频率响应特性由谐振频率表征。FBAR的在无线通信和质量传感方面的应用就主要基于其频率特性。但FBAR的工作频率往往受温度影响而产生漂移，其中以氮化铝(AlN)作为压电材料，以钼(Mo)作为电极材料，工作在2GHz左右的FBAR器件实用实施例中，FBAR的谐振频率具有从约-20ppm/℃到约-35ppm/℃的温度系数。这样的温度系数降低了FBAR器件能满足其通带宽度规定的温度范围，还会降低制造产量，例如移动终端应用中，由于温度导致的频率漂移，要求通带窗的设计比应该的频带大，以确保FBAR在其整个工作温度范围内能满足带宽规定，这往往引起降低插入损耗，提高工艺要求，从而降低生产率。

目前，也出现了针对FBAR在高GHz如C波段(4-8GHz)、X波段(8-12GHz)等无线系统中的应用的研究。其中，温度对FBAR的谐振工作频率仍然有很大的影响。有文献报道，对于基于AlN的，工作在8GHz左右的FBAR，其频率温度系数大概为-18ppm/℃。

目前已经开发出多种技术用于提供薄膜体声波谐振器FBAR温度漂移的补偿。在美国专利US7,408,428，B2中公开了一种克服FBAR装置温度漂移的方法。在该文献中，通过向FBAR的结构中增加与FBAR相反温度系数的温度补偿层，来进行FBAR的温度补偿。这种方法需要对FBAR的工艺进行改进，增加FBAR制程步骤，而且对补偿层材料的电学及化学性能要求较高。

美国专利US 10/882,510中，在FBAR附近放置一个测量温度的温度传感器，检测到的温度变化后，根据计算送到一个电压控制器，电压控制器根据温度的升降，提供与温度引起FBAR的频率漂移相反方向的偏压引起的频率漂移，从而进行温度补偿。该方法的缺点在于：需要为FBAR振荡器配备专门的温度传感器和相应的传感驱动电路，另外还需电压控制器，电路复杂，集成实现难度大。

因此，存在对提供FBAR温度漂移补偿的简单方法和电路的需求。

发明内容

本发明提供一种薄膜体声波振荡器(FBAR)的温度漂移补偿方法和电路，解决了现有的FBAR振荡器，特别是工作在C波段和X波段的FBAR振荡器因在不同温度下的频率漂移而引起的各种系统误差的问题，提高在无线通信和质量传感方面的应用效果和产品生产率。

一种薄膜体声波振荡器的温度漂移补偿方法，设置一含温度敏感电阻的电桥以及为所述的电桥供电的直流稳压源，所述的电桥的两个输出端分别通过第一高阻抗电阻器和第二高阻抗电阻器连接薄膜体声波振荡器的上电极和下电极，其中薄膜体声波振荡器的频率温度系数α与频率电压系数β之比为U₀λ，其中U₀为所述的直流稳压源的直流电压，λ为电桥的电阻温度系数的参考值，其正负极性与所应用于的FBAR的频率电压系数的正负极性有关。

λ反映了在所述的电桥的工作电压U₀一定时，电桥的输出电压(向薄膜体声波振荡器输出)随温度变化的系数。

所述的电桥由等效的四个电阻构成，四个电阻中第一电阻、第二电阻、第四电阻和第三电阻依次首尾相接成环，第一电阻和第三电阻相接端点接所述的直流稳压源的正极，第二电阻和第四电阻相接端点接所述的直流稳压源的负极，第一电阻和第二电阻相接端点通过所述的第一高阻抗电阻器接到薄膜体声波振荡器的上电极，第三电阻和第四电阻相接端点通过所述的第二高阻抗电阻器接到薄膜体声波振荡器的下电极。

所述的电桥在温度为常温T₀时输出偏置电压V₀＝0，在温度为T时输出的偏置电压V为