Application of CMOS-MEMS integrated resonators to RF communication systems

Resum

Els dispositius MEMS han demostrat la seva utilitat en un gran ventall d'aplicacions de sensat i actuació. L'extensió al domini de RF d'aquests elements mecànics són ara una de les peces clau per sistemes altament reconfigurables referències de freqüència i processadors de senyals. Aquesta tesi es centra en algunes de les aplicacions dels dispositius MEMS en el domini de RF: referències de freqüència per oscil·ladors, filtres i mescladors. Els resonadors que es presenten en aquesta tesi s'han fabricat completament en tecnologies CMOS comercials per aprofitar la integració de MEMS i circuiteria complementària i el baix cost de fabricació d'aquestes tecnologies. Diferents tipus de ressonadors MEMS s'han dissenyat i fabricat a fi d'avaluar les seves prestacions en diferents propietats. La validesa de la tècnica emprada per fabricar els MEMS en tecnologies CMOS futures s'ha demostrat fabricant i testant amb èxit resonadors MEMS en dos tecnologies diferents: de diferents fàbriques i nodes tecnològics (0. 35um i 0. 18um). La freqüència de ressonància d'aquests dispositius mecànics es troben a les bandes de HF i VHF. Tots aquests dispositius basats en bigues flexurals, presenten un major factor de qualitat Q que els tancs LC integrats i són a més a més sintonizables en freqüència, amb una mida inferior a la dels citats tancs LC. Els ressonadors MEMS-CMOS descrita a la tesi presenten un valor de Qxf en el rang entre 1GHz i els 10GHz mesurats a l'aire. Aquests valors es milloren mesurant al buit arribant als 100GHz, majors a qualsevol altre ressonador basat en tecnologia CMOS. Les aplicacions de mesclat i filtrat de senyals també s'estudien. Dins d'aquestes aplicacions, la meta és definir una banda passant plana combinant diferents ressonadors. El prototipus d'un filtre paral·lel basat en ponts i un amplificador diferencial CMOS monolític presenta una banda passant plana de 200kHz a una freqüència central de 21. 66MHz quan es mesura a l'aire. També es demostra el filtrat emprant un únic ressonador del tipus tuning fork. Com a mesclador, és destacable la possibilitat de convertir a alta i baixa senyals de 1GHz amb un ressonador de 22MHz Com a oscil·ladors monolítics, es mostra un oscil·lador operatiu per tensions DC baixes ( 5V), gràcies a la reducció del gap del ressonador. L'oscil·lador basat en un tuning fork aconsegueix valors de soroll de fase de -87dBc/Hz@10kHz i -98. 7dBc/Hz@100kHz, millor que altres oscil·ladors CMOS monolític reportats.

Data del Ajut	21 de set. 2009
Idioma original	Anglès
Supervisor	Nuria Barniol Beumala (Director/a)