[发明专利]MEMS振荡器

说明书

技术领域

本发明的技术领域涉及振荡器，特别是涉及基于MEMS谐振器的MEMS振荡器。

背景技术

时钟和振荡器是所有电子系统的心脏，目前绝大多数高性能电子系统的时钟都是由石英振荡器提供，但石英晶体振荡器为片外组元，不易于IC集成，不仅增加了集成成本，而且阻碍了系统的小型化。

MEMS谐振器是使机械结构在其固有频率振动。微纳谐振器与IC电路集成，构成MEMS振荡器。MEMS谐振器的频率决定振荡器的频率。基于MEMS谐振器的振荡器不仅具有高频高Q，而且其制造工艺与IC技术兼容，可实现微纳谐振器件与IC电路的同一芯片集成，利于整个系统的小型化。高Q值意味着器件插损小、能耗低、相噪低、谐振电路选择性好，适于制作稳定的振荡器。与传统石英振荡器相比，MEMS振荡器不管从生产工艺还是组件结构设计上，都更符合现代电子产品的标准，也是对传统石英产品的升级换代。近年来，基于MEMS谐振器的振荡器引起人们越来越多的关注，是取代石英晶体振荡器的理想器件。

目前MEMS谐振器的插入损耗普遍较大，不利于制作振荡器。而且MEMS谐振器的谐振频率具有较强的温度依赖性。例如，硅基MEMS谐振器，谐振频率的温度稳定性为-20ppm/℃【1】，远不能满足振荡器的实际应用需求。目前研究人员主要从材料【2】、器件结构【3】以及外围电路【4】对MEMS谐振器的频率稳定性进行了优化，但都难以实现高稳定频率输出，补偿后的振荡器在0℃-100℃温度范围内，频率稳定度为±20ppm左右。本发明提出了集成微加热器和调节谐振器偏压两种方法相结合的途径，使MEMS振荡器在0℃-100℃范围内可实现±1ppm的高稳定频率输出。

引用文献：

【1】W.-T.Hsu，Vibrating RF MEMS for timing and frequency references，in Proc.IEEE Int.Microw.Theory and Tech.Symp.，Jun.11-16，2006，pp.672-675.

【2】Renata Melamud.，Temperature Insensitive Micromechanical Resonators，PhD dissertation，Department of Mechanical Engineering，Stanford University，Stanford，CA，2008.

【3】W.T.Hsu and C.T.-C.Nguyen，Geometric stress compensation for enhanced thermal stability in micromechanical resonators，in Proc.IEEEUltrason.Symp.，Sendia，Japan，Oct.5-8，1998，pp.945-948.

【4】K.Sundaresan，P.E.Allen，and F.Ayazi，“Process and temperature compensation in a7-MHz CMOS clock oscillator，”IEEE J.Solid-State Circuits，vol.41，no.2，pp.433-442，Feb.2006.

发明内容

本发明的目的在于，提供一种MEMS振荡器，该MEMS振荡器中的MEMS谐振器是带温度补偿的高频高品质因子(Q)的MEMS圆盘谐振器，具有高稳定的频率输出。

本发明提供一种一种MEMS振荡器，包括：

一MEMS谐振器；

一第一阻抗匹配网络，其输入端与MEMS谐振器的输出端连接；

一第二阻抗匹配网络，其输出端与MEMS谐振器的输入端连接；

一放大器，其输入端与第一阻抗匹配网络的输出端连接；

一移相网络，其输入端与放大器的输出端连接，输出端与第二阻抗匹配网络的输入端连接；

一输出缓冲器，其输入端与移相网络的输出端连接，以上构成的正反馈型振荡电路。

从上述技术方案可以看出，本发明的有益效果是：