Ganzheitliche Entwurfsmethodik für kompakte HF-MEMS-Oszillatoren auf einem SiCer-Verbundsubstrat

Abstract:
Der Einsatz von auf Mikroelektromechanischen Systemen (MEMS)-basierten Komponenten in elektronischen Hochfrequenz (HF)-Systemen eröffnet neue schaltungstechnischen Möglichkeiten, mit denen die Systemparameter von HF-Modulen verbessert werden können. Insbesondere HF-MEMS-Resonatoren ebnen mit ihren hohen Gütefaktoren von >1000 einen Weg zur Realisierung phasenrauscharmer Lokaloszillatoren, die anwendungsrelevante Parameter wie die Bitfehlerrate eines drahtlosen Übertragungssystems stark verbessern können. Für das Erreichen niedriger Phasenrauschwerte ist aber nicht nur die hohe Güte des MEMS-Resonators, sondern auch die optimale Schaltungsauslegung des aktiven Teils der Oszillatorschaltung ausschlaggebend. Deshalb wird im Folgenden eine ganzheitliche Entwurfsmethodik vorgestellt, die es ermöglicht, die mikroelektronischen und mikroelektromechanischen Teilkomponenten eines solchen Oszillators gemeinsam zu entwerfen. Die exemplarische Umsetzung nutzt die Vorteile des Silizium-Keramik (SiCer)-Verbundsubstrats, das es ermöglicht, beide Schaltungskomponenten zu einem kompakten Oszillatormodul mit sehr geringen parasitären Effekten zu integrieren. Das exemplarisch für ein LTE-Mobilfunksystem realisierte Modul weist eine Schwingfrequenz von 578 MHz und ein niedriges Phasenrauschen von -84 dBc/ Hz bei einem Trägerabstand von 1 kHz auf.