[发明专利]一种基于半频静电激振的高频体模态谐振器测试方法

说明书

一种基于半频静电激振的高频体模态谐振器测试方法，包括开环测试方法和闭环测试方法，开环测试方法适用于实验室环境中高频体模态谐振器的标定测试；闭环测试方法适用于工业现场中高频体模态谐振器的实际应用；本发明利用半频波静电激振谐振器的原理，将馈穿电流降为二分频，而由谐振器振动产生的动态电流仍为原先频率，二者被分隔在不同的频段，通过外部电路可以将馈穿电流带来的噪声去除，大大提高了谐振器测试的信噪比，进而提高了硅微振荡器的性能参数。

技术领域

本发明涉及谐振器测试技术领域，特别涉及一种基于半频静电激振的高频体模态谐振器测试方法。

背景技术

目前，已有许多科研工作者针对硅微振荡器的测试开展相应的研究，包括振荡电路的优化改进、温度补偿机制的探究等。中国专利(CN 102439844)在传统硅微振荡电路中引入了修正部，可根据原振荡信号生成规定的频率信号，并作为输出信号来反馈至硅微振荡器，依此方式，提升了硅微振荡器的稳定性。中国专利(CN 102377408 A)针对振荡器的测试电路进行了改进，并采用压阻测量方法提升了硅微振荡器的实用性。由于硅材料的温度效应，硅微振荡器的振荡频率易受外界温度的影响，致使温度漂移较大。针对此，中国专利(CN 104811186 A)设计了一种温度补偿机制，保证了硅微振荡器周围环境温度的稳定，提升其抗温漂能力；中国专利(CN 102594260)利用寄生电容与温度传感器构成补偿电路，同样避免了温度漂移带来的频率稳定性降低。

目前为止，尚未有公开文献致力于高频体模态硅微谐振器的测试优化工作。硅微谐振器一般通过溅射的金属电极层连接外部电路，由于硅材料自身的导电性，金属电极层之间存在着寄生电容，谐振器的激振信号通过寄生电容直接传输至拾振端，从而形成了馈穿电流，影响了拾振信号的信噪比。在对高频体模态硅微谐振器进行测试时，由于其激振困难，需要较大的激振电流，加之其本征频率往往较高，馈穿电流带来的负面影响尤为明显，大大增加了高频体模态硅微谐振器的测试难度。在利用传统方法检测时，馈穿电流与谐振器振动带来的动态电流为同频信号，通过外部电路不能很好的将二者分离，导致有效信号往往被淹没于馈穿信号和噪声本底中，测试结果不能达到要求。

发明内容

本发明提供了一种基于半频静电激振的高频体模态谐振器测试方法，通过半频静电激振的方法，使得馈穿电流和动态电流分隔在不同频段，再通过外部电路滤除馈穿电流带来的影响，实现高频体模态硅微振荡器的信噪比和频率稳定性的提升。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于半频静电激振的高频体模态谐振器测试方法，包括开环测试方法和闭环测试方法，开环测试方法适用于实验室环境中高频体模态谐振器的标定测试；闭环测试方法适用于工业现场中高频体模态谐振器的实际应用；

所述的开环测试方法，包括以下步骤：矢量网格分析仪10-1的A端口输出交变正弦电流ω，通过比较器10-2，正弦电流变为高电平3.3V、低电平0.3V的同频方波，然后经变频电路10-3将该信号调制为半频信号ω/2，与直流偏置电压一起通入谐振器的硅微谐振子1激振端，当交变正弦电流ω的频率与硅微谐振子1的固有频率ω₀相同时，硅微谐振子1与半频激振信号产生共振，且振动频率为其固有频率ω₀；硅微谐振子1的振动产生了频率也为ω₀的动态电流，在硅微谐振子1的拾振端检测到该动态电流，经放大器10-4放大、高通滤波器10-5去除馈穿电流后，输入矢量网格分析仪10-1的B端口进行检测分析；