Прецизионная система возбуждения датчика на основе кварцевого кристаллического микробаланса с низким фазовым шумом и компенсацией паразитной ёмкости

В работе представлена прецизионная система возбуждения датчика на основе кварцевого кристаллического микробаланса (QCM) с низким фазовым шумом и компенсацией паразитной ёмкости. Предлагаемая специализированная интегральная схема (ASIC) драйвера датчика QCM обеспечивает точное возбуждение датчиков QCM и формирование прецизионного выходного сигнала резонансной частоты. ASIC включает первый фильтр нижних частот (LPF), высокоскоростной трансимпедансный усилитель и второй LPF, образующие автогенератор. Для достижения низкого фазового шума и высокого коэффициента добротности интегральная схема (IC) драйвера использует метод компенсации паразитной ёмкости. Полная система возбуждения включает разработанную печатную плату (PCB), отладочную плату микроконтроллера (MCU) и панель дисплея на органических светодиодах (OLED). Датчик QCM возбуждается предложенной IC, установленной на специально разработанной PCB. Выходная частота измеряется с помощью отладочной платы IC драйвера, а полученный резонансный сигнал регистрируется MCU. Затем выходная частота отображается на OLED-панели посредством связи по последовательному периферийному интерфейсу MCU. Система может быть выполнена в компактном форм-факторе без использования громоздкого измерительного оборудования. Предлагаемая IC драйвера изготовлена по 0,18-мкм технологии комплементарных структур металл–оксид–полупроводник и занимает общую площадь 0,801 мм2. Потребляемый изготовленной IC ток составляет 5 мА при напряжении питания 1,8 В. Результаты измерений характеристик системы демонстрируют низкий фазовый шум −103,9 дBc/Гц и высокий коэффициент добротности 45 535.