[发明专利]采用窄脉冲激励MEMS谐振器的振荡器电路

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别是一种采用窄脉冲激励MEMS谐振器的振荡器电路。 

背景技术

目前商用的振荡器主要有两种，一种是基于石英晶体的，一种是基于MEMS谐振器的。经过几十年的发展，石英晶体的加工技术和相关电路设计已经非常成熟，，石英晶体振荡器具有非常低廉的成本，非常高的频率稳定性。基于MEMS谐振器的振荡器是近几年随着微机械加工和设计技术的发展逐渐走向商用市场的一种振荡器，其优点是体积小，可以和集成电路封装在一起，减小整个电路的体积和重量，从而降低产品成本。 

传统的基于MEMS谐振器的振荡器如图1所示。其包含一个MEMS谐振器101和一个正反馈跨阻放大器102。利用正反馈跨阻放大器102将反馈激励信号施加在MEMS谐振器101的输入端。谐振器可以等效为图2所示的LCR谐振电路，Lx、Cx和Rx为与MEMS谐振器形状、材料和工作状态相关的参数，CP为PCB板及MEMS谐振器版图等产生的馈通寄生电容。L、C、R串联在一起，构成选频网络。 

在以上结构中，适当调整跨导电阻Rf的值，就可以满足振荡器的起振的幅值和相位条件。起振时，跨导放大器通电，其输出端的随机噪声通过谐振器滤波后，谐振频率外的噪声信号被衰减，谐振频率附近的信号进一步通过跨导放大器放大，再次通过谐振器滤波，如此循环若干个周期后，最后形成稳定振荡，输出稳定的正弦波。 

在上述已有例子中，振荡器电路在MEMS谐振器谐振频率范围内震荡，但是由于MEMS谐振器是基于电能-机械能-电能的转换，能量转换率非常 低，对信号的衰减很大。存在的问题是，需要放大倍数非常大的跨阻放大器来进行信号放大，另外，对于工作在VHF和UHF频段的MEMS谐振器，其对放大器的工作频率也提出了很高的要求，这样，为了满足高增益要求和高频工作能力，设计的放大器需要消耗较大的功耗。 

而且，电路振荡时，信号通过谐振器后，由于馈通电容Ca的存在，信号相位发生偏移，受限于谐振器的具体版图结构和PCB电路布局，Ca的值通常不确定，导致信号相位偏移的不确定，造成对振荡器回路相位补偿的困难。 

此外，每个不同的MEMS谐振器件，其插入损耗，谐振频率都是不一致的，这样，为了满足起振条件，需要针对每个MEMS谐振器件设计反馈放大器。而石英晶振具有能量损失小，一致性好的优点，由反相器和石英晶体构成的石英振荡器电路只需替换不同谐振频率的石英晶体就能实现不同的振荡频率输出，振荡电路具有通用性，这样基于MEMS谐振器的振荡器的设计成本要大于石英晶体振荡器。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种采用窄脉冲激励MEMS谐振器的振荡器电路，其可降低相位噪声，具有功耗低及设计成本低的优点。 

本发明提供一种采用窄脉冲激励MEMS谐振器的振荡器电路，包括： 

一MEMS谐振器； 

一低通滤波器，该低通滤波器的输入端与MEMS谐振器的输出端连接； 

一高增益反相器，该高增益反相器的输入端与低通滤波器的输出端连接； 

一窄脉冲发生器，该窄脉冲发生器的输入端与高增益反相器的输出端连接，该窄脉冲发生器的输出端与MEMS谐振器输入端连接，形成闭合回路。 

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中： 

图1为传统的基于MEMS谐振器的振荡器电路； 

图2为传统的基于MEMS谐振器的振荡器电路等效电路图； 

图3为本发明的采用窄脉冲激励的MEMS振荡器电路框图； 

图4为本发明采用的窄脉冲发生器电路原理图； 

图5为本发明的电路时序信号原理示意图； 

图6为本发明的电路原理实例图。 

具体实施方式

请参阅图3至图6所示，本发明提供一种采用窄脉冲激励MEMS谐振器的振荡器电路，包括： 

一MEMS谐振器10，该MEMS谐振器10的工作阻抗由MEMS谐振器10中的馈通电容和工作频率决定； 

一低通滤波器11，该低通滤波器11的输入端与MEMS谐振器10的输出端连接，该低通滤波器11采用的截止频率为MEMS谐振器10频率的2-4倍，所述的采用的低通滤波器11为RC无源滤波器，既能滤除高频分量，又起到了谐振器动态阻抗匹配的作用，将MEMS谐振器10输出电流转换成电压信号；