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传感器与微系统( Transducer and Microsystem' Technologies
2012年第31卷第1期
声表面波气体传感器振荡电路设计
李川,杜晓松,胡佳,蒋亚东
电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都610054)
摘要:基于反馈振荡器的工作原理,采用对振荡电路的开环增和相位进行检测和调节的方法,设计制
作了用于声表面波(SAW)气体传感器的振荡电路。根据开环测量的结果,通过改变匹配电感值来使得0°
相位在増裣峰值附近,以获得稳定的振荡和提高振荡器可承受的最大传感器插损。在印制电路板(PCB)
版图设计中,采用502特性阻抗和保证最短RF回流电流路径等揩施以实现稳定的振荡。基于上述方法
分别制作了频率为315,433.92MHz的振荡电路。后者的噪声幅度在20Hz以内,标准方差约为3.92。该
实验结果表明:此设计方法具有快速、便捷、可靠的优点,设计的振荡电路具有较高的稳定性,可广泛用于
SAW传感器设计。
关键词:反馈振荡器;振荡电路;声表面波;气体传感器
中图分类号:TP212.2
文献标识码:A
文章编号:10009787(20192)01-0124-03
Oscillating circuit design for SAW gas sensors
LI Chuan, DU Xiao-song, HU Jia, JIANG Ya-dong
( School of Optoelectronic Information, State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices
University of Electronic Science and Technology of China(UESTC),Chengdu 610054, China
Abstract: According to the working principle of feedback oscillator, surface acoustic wave(SAW)gas sensor
oscillating circuit are established by measuring phase and gain characteristics of their open-loop. By changing the
value of matching inductors, the loop phase must he adjusted near the peak magnitude of the gain curve, so that a
robust and stable oscillation will occur with the maximum range of sensor loss. In the aspect of PCB layout design
characteristic impedance of 50 O and minimizing the RF current return path are requisite for achieving stable
oscillation. Based on this process, the oscillating circuit for 315 MHZ and 433.92 MHZ two-port resonators are
designed respectively. For the latter, the noise magnitude is less than 20 Hz and the slandard deviation is aboul
3.92. The experimental results show that this process is fast, convenient, reliable, oscillating circuit designed in
this way have a high stability and can be widely used in surface acoustic wave sensor
Key words: feedback oscillator; oscillating circuit; SAW; gas sensor
引言
虽然该振荡环路拓扑结枃简单,但所花费的时间往往很长,
为了实现对大气环境、化工过程中的有毒气体进行监且输出频率信号的稳定性有时还不能满足传感器气体检测
测?,各国正在加紧研究新型气体传感器。相对于其他的需要,而对于大多数缺乏髙频电路设计经验的传感器研
的气体传感器,声表面波(SAW)气体传感器具有尺寸小、究人员来说是一个挑战
价格低、精度高、灵敏度高、分辨率高等优点68,受到了国1实验
内外学术界和工业界的广泛关注。
PCB板 layout设计
SAW气体传感器的信号读取主要有3种方式:幅度检
PCB采用双面板、单端线设计,底层为地平面层,为达
测、相位检测和频率检测。由于幅度检测法和相位检测法到50Ω特性阻抗瓜配,板厚应为0.8mm,线宽应为55mi
的灵敏度不高,易受噪声干扰(°,SAW气体传感器一般采布线过程中,尽量使信号走线最短,同时尽可能多的使用多
用频率检测的方法。频率检测又以振荡混频检测法n点接地技术,使RF电流以最短路径回到源头。接地过孔
为最佳,其具有高精度且电路简单的优点,被广泛应用。
之间的距离和任意走线的长度都不能大于需要考虑其干
振荡混频检测实施的难点在于SAW振荡环路的调试。扰的谐波波长的1/20,否则,可能形成天线效应,
收稿日期:2011-06-07
*基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(60736005);高校新世纪优秀人オ项目(NECT-08-008,NECT-08-0086