Extracción de parámetros de un resonador FBAR por optimización

L’objectiu d’aquest projecte que consisteix a elaborar un algoritme d’optimització que permeti, mitjançant un ajust de dades per mínims quadrats, la extracció dels paràmetres del circuit equivalent que composen el model teòric d’un ressonador FBAR, a partir de les mesures dels paràmetres S. Per a dur a terme aquest treball, es desenvolupa en primer lloc tota la teoria necessària de ressonadors FBAR. Començant pel funcionament i l’estructura, i mostrant especial interès en el modelat d’aquests ressonadors mitjançant els models de Mason, Butterworth Van-Dyke i BVD Modificat. En segon terme, s’estudia la teoria sobre optimització i programació No-Lineal. Un cop s’ha exposat la teoria, es procedeix a la descripció de l’algoritme implementat. Aquest algoritme utilitza una estratègia de múltiples passos que agilitzen l'extracció dels paràmetres del ressonador.

Diseño de filtros con topología apilada mediante resonadores FBAR

Els continguts de la memòria es divideixen en dues parts fonamentals, precedides d’una breu explicació on s’introdueix al lector en el tema; primer s’exposen les bases d’un ressonador simple FBAR, d’on s’obtenen equacions de control vitals, i seguidament es plantegen les bases per a un ressonador apilat SCR, derivades de l’estudi previ d’un ressonador simple. La primera part fonamental del treball es centra en l’anàlisi d’un ressonador SCR. Aquest anàlisi es recolza sobre el punt de vista teòric dels paràmetres imatge, el nostre punt de sortida. Aquesta primera part és la més teòrica: obtenció i aplicació dels paràmetres imatge i obtenció dels elements discrets que conformen el circuit equivalent SCR, una xarxa de dos ports. Posteriorment, s’analitza què succeeix modificant els valors dels elements discrets sense variar determinats paràmetres imatge i finalment, es proposa una aproximació per a controlar determinades especificacions de disseny, com són l’ample de banda de transmissió de la xarxa i el factor de qualitat, en funció de les modificacions dels elements discrets. En la segona part s’analitzen, de forma qualitativa, xarxes compostes per diferents ressonadors apilats connectats en cascada. Aquest segon estudi es divideix en dues subparts. En la primera connectem N ressonadors idèntics, plantegem algunes equacions de control i analitzem les respostes. En la segona, es planteja la connexió de dos (N=2) ressonadors diferents amb freqüències de ressonància properes. Aquest segon anàlisi es també totalment qualitatiu, però ens aporta informació que amb la unió de N ressonadors iguals no aconseguíem. Finalitzant aquesta segona part, es planteja l’optimització dels resultats obtinguts per a N=2, mitjançant estructures N=3 ressonadors.

Metodología de diseño de filtros CRF/SCF basada en modelos de resonadores BAW acoplados acústicamente

La creixent utilització de sistemes de comunicacions mòbils ha impulsat la demanda de filtres passabanda miniaturitzats d'elevades prestacions operant en el rang de freqüències de microones. Els Film Bulk Acoustic Resonators (FBAR) estan esdevenint la principal alternativa als filtres basats en ressonadors Surface Acoustic Wave (SAW) o als basats en ressonadors ceràmics. Els Stacked Crystal Filters (SCF) i els Coupled Resonator Filters (CRF) són configuracions FBAR que permeten assolir una excel·lent atenuació en la banda de refús. Aquest treball presenta un innovador circuit equivalent elèctric que modela el CRF. Llavors, es desenvolupa una metodologia de síntesi de filtres per al SCF i per al CRF utilitzant els seus circuits equivalents elèctrics. La metodologia de disseny presentada permet obtenir les dimensions de l'estructura del filtre acústic partint de les especificacions del filtre i de les restriccions pròpies de la tecnologia. S'han implementat diferents respostes de Chebyshev per a sistemes de comunicacions reals per tal de validar el procediment de disseny dels filtres obtenint els resultats esperats.

Experimental comparison of FBARs and SMRs responsitivities to mass loadings

The utilisation of thin film technology to develop film bulk acoustic resonators (FBARs) and solidly mounted resonators (SMRs), offers great potential to outperform the sensitivity and minimum detection limit of gravimetric sensors. Up to now, the choice between FBARs and SMRs depends primarily on the users' ability to design and fabricate Bragg reflectors and/or membranes, because neither of these two types of resonators has been demonstrated to be superior to the other. In the work reported here, it is shown that identically designed FBARs and SMRs resonating at the same frequency exhibit different responsitivities, Rm, to mass loadings, being the FBARs more responsive than the SMRs. For the specific device design and resonant frequency (~2 GHz) of the resonators presented, FBARs' mass responsitivity is ~20% greater than that of SMRs, and although this value should not be taken as universal for all possible device designs, it clearly indicates that FBAR devices should be favoured over SMRs in gravimetric sensing applications.