JP2020064014A - Sensor circuit - Google Patents

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京日 廉
哲夫 佐治
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Abstract

To provide a sensor circuit having high output voltage.SOLUTION: A sensor circuit comprises: a resonator 12 for changing a resonance frequency and/or an anti-resonance frequency by changing the mass of a sensitive part; an oscillator 10 for outputting an oscillation signal S1 corresponding to the resonance frequency or the anti-resonance frequency; a frequency discriminator 16 for converting the change of the frequency of the oscillation signal S1 into the change of the amplitude thereof; and a wave detector 18 for outputting the amplitude voltage of the output signal S2 of the frequency discriminator 16.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、センサ回路に関し、例えば共振器を有するセンサ回路に関する。   The present invention relates to a sensor circuit, for example, a sensor circuit having a resonator.

感応膜の質量の変化を検出することで、気体もしくは液体中の特定原子もしくは分子の濃度、温度、または湿度等の物理量を検出する環境センサが知られている。感応膜(物質を検出する表面)を有する弾性波共振器を移相器として用い、基準発振信号の位相シフト量で物質を検出するセンサ回路が知られている(例えば特許文献1)。感応膜(物質を検出する反応性膜または化学的インタラクチィブ膜)を有する弾性波共振器と基準となる弾性波共振器との共振周波数の差で物質を検出するセンサ回路が知られている(例えば特許文献2および3)。感応膜を有する弾性波共振器が出力した発振信号を発振信号の周波数の変化に対応するように位相差が変化する2つの信号に分岐し、2つの信号をミキシングすることで、物質を検出するセンサ回路が知られている(例えば特許文献4)。   There is known an environmental sensor that detects a physical quantity such as a concentration of a specific atom or molecule in a gas or a liquid, temperature, or humidity by detecting a change in mass of a sensitive film. There is known a sensor circuit in which an elastic wave resonator having a sensitive film (a surface for detecting a substance) is used as a phase shifter to detect a substance by a phase shift amount of a reference oscillation signal (for example, Patent Document 1). A sensor circuit is known that detects a substance by a difference in resonance frequency between an elastic wave resonator having a sensitive film (a reactive film or a chemically interactive film that detects a substance) and a reference acoustic wave resonator. (For example, patent documents 2 and 3). A substance is detected by branching an oscillation signal output from an elastic wave resonator having a sensitive film into two signals whose phase difference changes in response to a change in the frequency of the oscillation signal and mixing the two signals. A sensor circuit is known (for example, Patent Document 4).

米国特許第5932953号明細書US Pat. No. 5,932,953 特開2004−226405号公報JP, 2004-226405, A 国際公開第2007/005701号International Publication No. 2007/005701 特開2018−115927号公報JP, 2018-115927, A

特許文献1では、感応膜を有する弾性波共振器はQ値が小さくなる。このため、感応膜の質量変化に対する位相シフト量が小さくなり、検出感度が低下する。特許文献2、3では、弾性波共振器を有する発振器を2つ用いることになり回路規模が大きくなる。特許文献4では、検出感度は良好であるが出力信号の電圧が低い。   In Patent Document 1, the elastic wave resonator having the sensitive film has a small Q value. For this reason, the amount of phase shift with respect to the mass change of the sensitive film becomes small, and the detection sensitivity decreases. In Patent Documents 2 and 3, two oscillators having elastic wave resonators are used, which increases the circuit scale. In Patent Document 4, the detection sensitivity is good, but the voltage of the output signal is low.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、出力電圧の高いセンサ回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a sensor circuit having a high output voltage.

本発明は、感応部の質量が変化することで共振周波数および/または反共振周波数が変化する共振器を備え、前記共振周波数または前記反共振周波数に対応する発振信号を出力する発振器と、前記発振信号の周波数の変化を振幅の変化に変換する周波数弁別器と、前記周波数弁別器の出力信号の振幅電圧を出力する検波器と、を備えるセンサ回路である。   The present invention includes a resonator having a resonance frequency and / or an anti-resonance frequency that changes when the mass of a sensitive section changes, and an oscillator that outputs an oscillation signal corresponding to the resonance frequency or the anti-resonance frequency; A sensor circuit comprising: a frequency discriminator that converts a change in frequency of a signal into a change in amplitude; and a detector that outputs an amplitude voltage of an output signal of the frequency discriminator.

上記構成において、前記周波数弁別器は、前記発振信号が入力する端子と振幅が変化する出力信号が出力する端子との間に直列および/またはシャントに接続された第1弾性波共振器を備える構成とすることができる。   In the above configuration, the frequency discriminator includes a first acoustic wave resonator connected in series and / or a shunt between a terminal to which the oscillation signal is input and a terminal to which an output signal whose amplitude changes is output. Can be

上記構成において、前記共振器は前記感応部を有する第2弾性波共振器を備える構成とすることができる。   In the above configuration, the resonator may include a second acoustic wave resonator having the sensitive section.

上記構成において、前記第2弾性波共振器は、第1圧電膜と、前記第1圧電膜の少なくとも一部を挟む第1電極および第2電極と、前記第2電極の前記第1圧電膜と反対側に設けられ、前記感応部である感応膜と、を有する構成とすることができる。   In the above configuration, the second acoustic wave resonator includes a first piezoelectric film, first and second electrodes sandwiching at least a part of the first piezoelectric film, and the first piezoelectric film of the second electrode. A sensitive film, which is provided on the opposite side and is the sensitive section, may be provided.

上記構成において、前記周波数弁別器は、前記発振信号が入力する端子と振幅が変化する出力信号が出力する端子との間に直列および/またはシャントに接続された第1弾性波共振器を備え、前記第1弾性波共振器は、前記第1圧電膜と同じ材料からなる第2圧電膜と、前記第2圧電膜の少なくとも一部を挟む第3電極および第4電極と、を有する構成とすることができる。   In the above configuration, the frequency discriminator includes a first elastic wave resonator connected in series and / or a shunt between a terminal to which the oscillation signal is input and a terminal to which an output signal whose amplitude changes is output, The first acoustic wave resonator includes a second piezoelectric film made of the same material as the first piezoelectric film, and a third electrode and a fourth electrode sandwiching at least a part of the second piezoelectric film. be able to.

上記構成において、前記発振器は、制御端子、第1端子、および前記発振信号が出力する第2端子を有するトランジスタと、一端が前記制御端子に接続され、他端が前記第1端子に接続された第1キャパシタと、前記第2端子と前記第1端子との間に前記トランジスタと並列に接続された第3弾性波共振器と、前記第2端子と前記第1端子との間に前記第3弾性波共振器と直列に接続されたインダクタと、前記第2端子と前記第1端子との間に、前記第3弾性波共振器と並列かつ前記インダクタと直列に接続された第2キャパシタと、を有し、前記第2弾性波共振器は、一端が前記制御端子に接続され、他端が前記第2端子に接続される構成とすることができる。   In the above structure, the oscillator has a transistor having a control terminal, a first terminal, and a second terminal for outputting the oscillation signal, and one end is connected to the control terminal and the other end is connected to the first terminal. A first capacitor, a third acoustic wave resonator connected in parallel with the transistor between the second terminal and the first terminal, and the third acoustic wave resonator between the second terminal and the first terminal An inductor connected in series with the acoustic wave resonator; and a second capacitor connected in parallel with the third acoustic wave resonator and in series with the inductor between the second terminal and the first terminal, The second acoustic wave resonator may have one end connected to the control terminal and the other end connected to the second terminal.

本発明は、発振信号を出力する発振器と、感応部の質量が変化することで通過特性が変化する共振器を有し、前記通過特性の変化に対応し前記発振信号の振幅を変化させる周波数弁別器と、前記周波数弁別器の出力信号の振幅電圧を出力する検波器と、を備えるセンサ回路である。   The present invention has an oscillator that outputs an oscillation signal, and a resonator that has a passage characteristic that changes when the mass of a sensitive section changes, and frequency discrimination that changes the amplitude of the oscillation signal in response to the change in the passage characteristic. And a detector that outputs an amplitude voltage of the output signal of the frequency discriminator.

上記構成において、前記周波数弁別器は、前記発振信号が入力する端子と振幅が変化する出力信号が出力する端子との間に直列および/またはシャントに接続され、前記感応部を有する1または複数の第1弾性波共振器を備える構成とすることができる。   In the above configuration, the frequency discriminator is connected in series and / or a shunt between a terminal to which the oscillation signal is input and a terminal to which an output signal whose amplitude changes, and has one or a plurality of the sensitive sections. A configuration including the first acoustic wave resonator may be provided.

上記構成において、前記1または複数の第1弾性波共振器の少なくとも1つは、第1圧電膜と、前記第1圧電膜の少なくとも一部を挟む第1電極および第2電極と、前記第2電極の前記第1圧電膜と反対側に設けられ、前記感応部である感応膜と、を有する構成とすることができる。   In the above configuration, at least one of the one or more first acoustic wave resonators includes a first piezoelectric film, a first electrode and a second electrode sandwiching at least a part of the first piezoelectric film, and the second piezoelectric film. A sensitive film that is provided on the opposite side of the electrode from the first piezoelectric film and that is the sensitive section may be provided.

上記構成において、前記発振器は、第2弾性波共振器を備え、前記第2弾性波共振器の共振周波数または反共振周波数に対応する発振信号を出力し、前記第2弾性波共振器は、前記第1圧電膜と同じ材料からなる第2圧電膜と、前記第2圧電膜の少なくとも一部を挟む第3電極および第4電極と、を有する構成とすることができる。   In the above configuration, the oscillator includes a second elastic wave resonator, outputs an oscillation signal corresponding to a resonance frequency or an anti-resonance frequency of the second elastic wave resonator, and the second elastic wave resonator is A second piezoelectric film made of the same material as the first piezoelectric film and a third electrode and a fourth electrode sandwiching at least a part of the second piezoelectric film may be provided.

本発明によれば、出力電圧の高いセンサ回路を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a sensor circuit having a high output voltage.

図1は、実施例1に係るセンサ回路の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a sensor circuit according to the first embodiment. 図2(a)および図2(b)は、実施例1における周波数弁別器の通過特性を示す図である。FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams showing the pass characteristic of the frequency discriminator in the first embodiment. 図3は、実施例1における検波器の例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the wave detector according to the first embodiment. 図4は、実施例1における検波器の入力パワーに対する出力レベルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the output level with respect to the input power of the detector in the first embodiment. 図5(a)および図5(b)は、実施例1における周波数弁別器の例を示す回路図である。5A and 5B are circuit diagrams showing an example of the frequency discriminator in the first embodiment. 図6(a)および図6(b)は、実施例1における周波数弁別器の通過特性を示す図である。FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams showing the pass characteristic of the frequency discriminator in the first embodiment. 図7(a)は、実施例1における共振器の例を示す平面図、図7(b)は、図7(a)のA−A断面図である。7A is a plan view showing an example of the resonator according to the first embodiment, and FIG. 7B is a sectional view taken along line AA of FIG. 7A. 図8は、実施例1における発振器の例を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an example of the oscillator according to the first embodiment. 図9は、実施例1における発振器の別の例を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing another example of the oscillator according to the first embodiment. 図10は、共振器の周波数に対するリアクタンス成分を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the reactance component with respect to the frequency of the resonator. 図11は、共振器および共振回路の周波数に対するリアクタンス成分を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing reactance components with respect to frequencies of the resonator and the resonance circuit. 図12(a)および図12(b)は、共振器および共振回路の回路図、図12(c)は共振器および共振回路の周波数に対するリアクタンス成分を示す図である。12A and 12B are circuit diagrams of the resonator and the resonance circuit, and FIG. 12C is a diagram showing reactance components with respect to frequencies of the resonator and the resonance circuit. 図13は、実施例1における発振器の位相雑音を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating phase noise of the oscillator according to the first embodiment. 図14は、実施例1におけるセンサ回路の測定系を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram showing the measurement system of the sensor circuit according to the first embodiment. 図15(a)は、実施例1におけるアセトンを与えたときの発振器の発振スペクトラムの変化、図15(b)は、出力信号の時間に対する電圧を示す図である。FIG. 15A is a change in the oscillation spectrum of the oscillator when acetone is applied in Example 1, and FIG. 15B is a diagram showing the voltage of the output signal with respect to time. 図16(a)は、実施例1における周波数に対する周波数弁別器の減衰量を示す図、図16(b)は、比較例1における周波数に対する移相器の位相変化を示す図である。FIG. 16A is a diagram showing the amount of attenuation of the frequency discriminator with respect to the frequency in Example 1, and FIG. 16B is a diagram showing the phase change of the phase shifter with respect to the frequency in Comparative Example 1. 図17は、実施例1および比較例1における発振周波数に対するセンサ回路の出力電圧を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing the output voltage of the sensor circuit with respect to the oscillation frequency in Example 1 and Comparative Example 1. 図18は、実施例2に係るセンサ回路のブロック図である。FIG. 18 is a block diagram of the sensor circuit according to the second embodiment. 図19(a)から図19(d)は、実施例2における周波数弁別器の回路図である。19 (a) to 19 (d) are circuit diagrams of the frequency discriminator in the second embodiment. 図20(a)および図20(b)は、実施例2における周波数弁別器の周波数に対する減衰量を示す図である。FIG. 20A and FIG. 20B are diagrams showing the attenuation amount with respect to the frequency of the frequency discriminator in the second embodiment. 図21(a)および図21(b)は、実施例2における周波数弁別器の周波数に対する減衰量を示す図である。21 (a) and 21 (b) is a figure which shows the attenuation amount with respect to the frequency of the frequency discriminator in Example 2. As shown in FIG. 図22は、実施例1および2における弾性波共振器の例を示す平面図である。FIG. 22 is a plan view showing an example of the acoustic wave resonator according to the first and second embodiments. 図23(a)および図23(b)は、それぞれ図22のA−AおよびB−B断面図である。23A and 23B are cross-sectional views taken along the lines AA and BB of FIG. 22, respectively.

以下、図面を参照し実施例について説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

図1は、実施例1に係るセンサ回路の回路図である。センサ回路は、発振器10、周波数弁別器16および検波器18を備えている。   FIG. 1 is a circuit diagram of a sensor circuit according to the first embodiment. The sensor circuit includes an oscillator 10, a frequency discriminator 16, and a detector 18.

発振器10は、共振器12および増幅器14を有している。共振器12は、感応部の質量の変化に応じ共振周波数および/または反共振周波数が変化する。感応部は、環境変化により質量が変化する部位である。例えば気体または液体中の特定の原子または分子が感応部に吸着すると感応部の質量が増加する。また、雰囲気の湿度が高くなると、水分が感応部に吸着し感応部の質量が増加する。温度が変化すると感応部の質量が変化する。また、紫外線等の光が感応部に照射されると感応部の質量が変化する。増幅器14は、発振器として機能し、共振器の共振周波数または反共振周波数に対応する発振信号S1を出力する。   The oscillator 10 has a resonator 12 and an amplifier 14. In the resonator 12, the resonance frequency and / or the anti-resonance frequency changes according to the change in the mass of the sensitive section. The sensitive part is a part whose mass changes due to environmental changes. For example, when a specific atom or molecule in a gas or a liquid is adsorbed on the sensitive section, the mass of the sensitive section increases. Further, when the humidity of the atmosphere becomes high, moisture is adsorbed on the sensitive section and the mass of the sensitive section increases. When the temperature changes, the mass of the sensitive part changes. Further, when the sensitive part is irradiated with light such as ultraviolet rays, the mass of the sensitive part changes. The amplifier 14 functions as an oscillator and outputs an oscillation signal S1 corresponding to the resonance frequency or antiresonance frequency of the resonator.

周波数弁別器(Discriminator)16は、発振信号S1の周波数の変化を振幅の変化に変換して信号S2として出力する。図2(a)および図2(b)は、実施例1における周波数弁別器の通過特性を示す図である。図2(a)に示すように、周波数弁別器16はノッチフィルタである。発振信号S1の周波数がf1からf2に変化すると信号S2のパワーはP1からP2に変化する。図2(b)に示すように、周波数弁別器16はバンドパスフィルタである。発振信号S1の周波数がf1からf2に変化すると信号S2のパワーはP1からP2に変化する。このように、周波数弁別器16は、発振信号S1の周波数の変化を振幅の変化に変換する。検波器18は信号S2の振幅の変化を電圧の変化に変換し、信号S3を出力する。   A frequency discriminator 16 converts a change in frequency of the oscillation signal S1 into a change in amplitude and outputs the signal as a signal S2. FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams showing the pass characteristic of the frequency discriminator in the first embodiment. As shown in FIG. 2A, the frequency discriminator 16 is a notch filter. When the frequency of the oscillation signal S1 changes from f1 to f2, the power of the signal S2 changes from P1 to P2. As shown in FIG. 2B, the frequency discriminator 16 is a bandpass filter. When the frequency of the oscillation signal S1 changes from f1 to f2, the power of the signal S2 changes from P1 to P2. In this way, the frequency discriminator 16 converts a change in frequency of the oscillation signal S1 into a change in amplitude. The detector 18 converts a change in the amplitude of the signal S2 into a change in the voltage and outputs the signal S3.

[検波器の例]
図3は、実施例1における検波器の例を示す回路図である。図3に示すように、端子T1は信号S2が入力する入力端子であり、端子T2は信号S3が出力する出力端子である。端子T1と端子T2との間にキャパシタC3およびダイオードD1が直列に接続されている。ダイオードD1の接続方向は端子T1からT2の方向が順方向である。キャパシタC3とダイオードD1との間のノードとグランドとの間に抵抗R1が接続されている。端子T2とグランドとの間にキャパシタC1および抵抗R2が並列に接続されている。キャパシタC3は入力側の直流阻止用である。抵抗R1は入力インピーダンスの整合用である。キャパシタC1と抵抗R2は検波精度の調整用である。
[Example of detector]
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the wave detector according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the terminal T1 is an input terminal to which the signal S2 is input, and the terminal T2 is an output terminal to which the signal S3 is output. A capacitor C3 and a diode D1 are connected in series between the terminals T1 and T2. The direction of connection of the diode D1 is the forward direction from the terminals T1 to T2. The resistor R1 is connected between the node between the capacitor C3 and the diode D1 and the ground. The capacitor C1 and the resistor R2 are connected in parallel between the terminal T2 and the ground. The capacitor C3 is for blocking direct current on the input side. The resistor R1 is for matching the input impedance. The capacitor C1 and the resistor R2 are for adjusting the detection accuracy.

検波器18の検波特性を測定した。測定条件は以下である。
抵抗R1:51Ω
抵抗R2:1MΩ
キャパシタC1:15pF
キャパシタC3:15pF
信号S2の周波数:2.4GHz
The detection characteristic of the detector 18 was measured. The measurement conditions are as follows.
Resistance R1: 51Ω
Resistance R2: 1MΩ
Capacitor C1: 15pF
Capacitor C3: 15pF
Frequency of signal S2: 2.4 GHz

図4は、実施例1における検波器の入力パワーに対する出力レベルを示す図である。図4に示すように、信号S2の入力パワーが大きくなると信号S3の出力レベルが大きくなる。信号S2の入力パワーが−20dBmのとき信号S3の出力レベルは53mVである。信号S2の入力パワーが8dBmのとき信号S3の出力レベルは約3Vである。このように、検波器18は、信号S2の振幅(すなわち包絡線)を電圧レベルに変換することができる。   FIG. 4 is a diagram showing the output level with respect to the input power of the detector in the first embodiment. As shown in FIG. 4, when the input power of the signal S2 increases, the output level of the signal S3 increases. When the input power of the signal S2 is -20 dBm, the output level of the signal S3 is 53 mV. When the input power of the signal S2 is 8 dBm, the output level of the signal S3 is about 3V. In this way, the detector 18 can convert the amplitude (that is, the envelope) of the signal S2 into a voltage level.

[周波数弁別器の例]
図5(a)および図5(b)は、実施例1における周波数弁別器の例を示す回路図である。図5(a)に示すように、端子T1は発振信号S1が入力する入力端子であり、端子T2は信号S2が出力する出力端子である。周波数弁別器16aでは、端子T1と端子T2との間の経路に直列に共振器15aが接続されている。共振器15bの一端は端子T1と端子T2との間の経路に接続され、他端はグランドに接続されている。
[Example of frequency discriminator]
5A and 5B are circuit diagrams showing an example of the frequency discriminator in the first embodiment. As shown in FIG. 5A, the terminal T1 is an input terminal to which the oscillation signal S1 is input, and the terminal T2 is an output terminal to which the signal S2 is output. In the frequency discriminator 16a, the resonator 15a is connected in series to the path between the terminals T1 and T2. One end of the resonator 15b is connected to the path between the terminals T1 and T2, and the other end is connected to the ground.

図5(b)に示すように、周波数弁別器16bでは、端子T1と端子T2との間の経路に直列に共振器15aおよび15cが接続されている。共振器15bおよび15dの一端は端子T1と端子T2との間の経路に接続され、他端はグランドに接続されている。周波数に対する振幅の傾きを急峻にするため、共振器15aから15dのQ値が大きいことが好ましい。共振器15aから15dとしては、Q値の大きい弾性波共振器または水晶共振器を用いる。   As shown in FIG. 5B, in the frequency discriminator 16b, the resonators 15a and 15c are connected in series in the path between the terminal T1 and the terminal T2. One ends of the resonators 15b and 15d are connected to the path between the terminals T1 and T2, and the other ends are connected to the ground. It is preferable that the resonators 15a to 15d have large Q values in order to make the inclination of the amplitude with respect to the frequency steep. As the resonators 15a to 15d, elastic wave resonators or crystal resonators having a large Q value are used.

共振器15aから15dを窒化アルミニウムを圧電膜とする圧電薄膜共振器とし、周波数弁別器16aおよび16bの通過特性をシミュレーションした。図6(a)および図6(b)は、実施例1における周波数弁別器の通過特性を示す図である。図6(a)では、各共振器15aから15dの共振周波数frおよび反共振周波数faを以下とした。
15a、15c:fr=2.316GHz、fa=2.393GHz
15b、15d:fr=2.393GHz、fa=2.470GHz
共振器15aおよび15cの反共振周波数faと共振器15bおよび15dの反共振周波数faを略同じとすることで1段および2段ラダー型のノッチフィルタを形成した。
The resonators 15a to 15d are piezoelectric thin film resonators having aluminum nitride as a piezoelectric film, and the pass characteristics of the frequency discriminators 16a and 16b are simulated. FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams showing the pass characteristic of the frequency discriminator in the first embodiment. In FIG. 6A, the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa of each of the resonators 15a to 15d are set as follows.
15a, 15c: fr = 2.316 GHz, fa = 2.393 GHz
15b, 15d: fr = 2.393 GHz, fa = 2.470 GHz
By making the anti-resonance frequency fa of the resonators 15a and 15c and the anti-resonance frequency fa of the resonators 15b and 15d substantially the same, the one-stage and two-stage ladder type notch filters were formed.

図6(a)に示すように、1段ラダー型の周波数弁別器16aでは、約10MHzの周波数変動を約35dBの振幅変動に変換できる。2段ラダー型の周波数弁別器16bでは、約10MHzの周波数変動を約60dBの振幅変動に変換できる。このように、ラダー型のノッチフィルタを用いることで周波数弁別器を実現できる。ラダーの段数が増加すると、周波数に対する振幅の傾きがより急峻になる。   As shown in FIG. 6A, the one-stage ladder type frequency discriminator 16a can convert a frequency fluctuation of about 10 MHz into an amplitude fluctuation of about 35 dB. The two-stage ladder type frequency discriminator 16b can convert a frequency fluctuation of about 10 MHz into an amplitude fluctuation of about 60 dB. Thus, the frequency discriminator can be realized by using the ladder type notch filter. As the number of ladder stages increases, the slope of amplitude with respect to frequency becomes steeper.

図6(b)では、各共振器15aおよび15bの共振周波数frおよび反共振周波数faを以下とした。
15a:fr=2.393GHz、fa=2.470GHz
15b:fr=2.431GHz、fa=2.447GHz
共振器15aの反共振周波数faを共振器15bの反共振周波数faより約20MHz高くすることで1段ラダー型のバンドパスフィルタを形成した。
In FIG. 6B, the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa of the resonators 15a and 15b are set as follows.
15a: fr = 2.393 GHz, fa = 2.470 GHz
15b: fr = 2.431 GHz, fa = 2.447 GHz
A one-stage ladder type bandpass filter was formed by increasing the anti-resonance frequency fa of the resonator 15a by about 20 MHz higher than the anti-resonance frequency fa of the resonator 15b.

図6(b)に示すように、1段ラダー型の周波数弁別器16aでは、約10MHzの周波数変動を約29.5dBの振幅変動に変換できる。このように、ラダー型のバンドパスフィルタを用いることで周波数弁別器を実現できる。   As shown in FIG. 6B, the one-stage ladder type frequency discriminator 16a can convert a frequency fluctuation of about 10 MHz into an amplitude fluctuation of about 29.5 dB. As described above, the frequency discriminator can be realized by using the ladder type bandpass filter.

周波数弁別器16には、ラダー型フィルタ以外に、端子T1とT2との間に直列に接続された共振器15aのみの回路、端子T1とT2との間にシャント接続された共振器15bのみの回路を用いてもよい。周波数変動から振幅変動への変換の感度を高めるためには、共振器をラダー型に接続することが好ましい。   In addition to the ladder type filter, the frequency discriminator 16 includes a circuit including only the resonator 15a connected in series between the terminals T1 and T2 and a circuit including only the resonator 15b shunt connected between the terminals T1 and T2. A circuit may be used. In order to increase the sensitivity of conversion from frequency fluctuation to amplitude fluctuation, it is preferable to connect the resonator in a ladder type.

[共振器の例]
共振器として圧電薄膜共振器を用いる例を説明する。図7(a)は、実施例1における共振器の例を示す平面図、図7(b)は、図7(a)のA−A断面図である。図7(a)および図7(b)に示すように、基板40上に圧電膜42が設けられている。圧電膜42を挟むように下部電極41および上部電極43が設けられている。下部電極41と基板40との間に空隙46が形成されている。共振領域48は、圧電膜42の少なくとも一部を挟み下部電極41と上部電極43とが対向する領域である。共振領域48において、下部電極41および上部電極43は圧電膜42内に厚み縦振動モードの弾性波を励振する。基板40上に下部電極41、圧電膜42および上部電極43を覆うように保護膜44が設けられている。保護膜44上に感応膜45が設けられている。平面視において感応膜45は共振領域48を含んでいる。基板40の下面には電極51が設けられている。基板40および圧電膜42を貫通する貫通電極50が設けられている。貫通電極50は、下部電極41および上部電極43を電極51に接続する。
[Example of resonator]
An example in which a piezoelectric thin film resonator is used as the resonator will be described. 7A is a plan view showing an example of the resonator according to the first embodiment, and FIG. 7B is a sectional view taken along line AA of FIG. 7A. As shown in FIGS. 7A and 7B, the piezoelectric film 42 is provided on the substrate 40. A lower electrode 41 and an upper electrode 43 are provided so as to sandwich the piezoelectric film 42. A space 46 is formed between the lower electrode 41 and the substrate 40. The resonance region 48 is a region where the lower electrode 41 and the upper electrode 43 face each other with at least a part of the piezoelectric film 42 sandwiched therebetween. In the resonance region 48, the lower electrode 41 and the upper electrode 43 excite elastic waves in the thickness extensional vibration mode in the piezoelectric film 42. A protective film 44 is provided on the substrate 40 so as to cover the lower electrode 41, the piezoelectric film 42, and the upper electrode 43. A sensitive film 45 is provided on the protective film 44. The sensitive film 45 includes a resonance region 48 in a plan view. An electrode 51 is provided on the lower surface of the substrate 40. A penetrating electrode 50 that penetrates the substrate 40 and the piezoelectric film 42 is provided. The through electrode 50 connects the lower electrode 41 and the upper electrode 43 to the electrode 51.

感応膜45に気体または液体の分子が吸着すると、感応膜45の質量が増加する。また、温度または湿度が変化すると感応膜45の質量が変化する。共振領域48内の感応膜45の質量が増加すると、圧電薄膜共振器の共振周波数および反共振周波数が低くなる。   When gas or liquid molecules are adsorbed on the sensitive film 45, the mass of the sensitive film 45 increases. Further, when the temperature or the humidity changes, the mass of the sensitive film 45 changes. As the mass of the sensitive film 45 in the resonance region 48 increases, the resonance frequency and anti-resonance frequency of the piezoelectric thin film resonator decrease.

基板40は、例えばサファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板またはシリコン基板である。下部電極41および上部電極43は例えばルテニウム(Ru)膜等の金属膜である。圧電膜42は、例えば窒化アルミニウム(AlN)膜、酸化亜鉛(ZnO)膜または水晶層等である。保護膜44は例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜である。貫通電極50および電極51は例えば金(Au)層または銅(Cu)層等の金属層である。   The substrate 40 is, for example, a sapphire substrate, an alumina substrate, a spinel substrate, or a silicon substrate. The lower electrode 41 and the upper electrode 43 are metal films such as ruthenium (Ru) films. The piezoelectric film 42 is, for example, an aluminum nitride (AlN) film, a zinc oxide (ZnO) film, a crystal layer, or the like. The protective film 44 is an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. The through electrode 50 and the electrode 51 are metal layers such as a gold (Au) layer or a copper (Cu) layer.

感応膜45は、感応部に相当する。感応膜45としては、有機高分子膜、有機低分子膜、または無機膜等を用いることができる。感応膜45の形成方法としては、感応膜の材料を溶剤に溶解させ塗布する方法、蒸着法、スパッタリング法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いることができる。   The sensitive film 45 corresponds to a sensitive part. As the sensitive film 45, an organic polymer film, an organic low molecular film, an inorganic film or the like can be used. As a method for forming the sensitive film 45, a method of dissolving and coating the material of the sensitive film in a solvent, a vapor deposition method, a sputtering method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method can be used.

有機高分子材料としては、例えばポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、6−ナイロン、セルロースアセテート、ポリ-9,9-ジオクチレフルオレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリ-p-フェニレンエーテルスルホン、ポリ-1-ブテン、ポリブタジエン、ポリフェニルメチルシラン、ポリカプロラクトン、ポリビスフェノキシホスファゼン、ポリプロピレンなどの単一構造からなるホモポリマー、ホモポリマー2種以上の共重合体であるコポリマー、これらを混合したブレンドポリマーなどを用いることができる。   Examples of the organic polymer material include polystyrene, polymethylmethacrylate, 6-nylon, cellulose acetate, poly-9,9-dioctylfluorene, polyvinyl alcohol, polyvinylcarbazole, polyethylene oxide, polyvinyl chloride, poly-p- Phenylene ether sulfone, poly-1-butene, polybutadiene, polyphenylmethylsilane, polycaprolactone, polybisphenoxyphosphazene, homopolymers having a single structure such as polypropylene, copolymers of two or more homopolymers, and these A blended polymer obtained by mixing

例えば、有機低分子材料としては、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(Alq3)、ナフチルジアミン(α−NPD)、BCP(2,9 - dimethyl - 4,7 - diphenyl - 1,10 - phenanthroline)、CBP(4,4' - N,N' - dicarbazole - biphenyl)、銅フタロシアニン、フラーレン、ペンタセン、アントラセン、チオフェン、Ir(ppy(2 - phenylpyridinato))、トリアジンチオール誘導体、ジオクチルフルオレン誘導体、テトラコンタン、パリレンなどを用いることができる。 For example, organic low molecular weight materials include tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq3), naphthyldiamine (α-NPD), BCP (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), CBP. (4,4'-N, N'-dicarbazole-biphenyl), copper phthalocyanine, fullerene, pentacene, anthracene, thiophene, Ir (ppy (2-phenylpyridinato)) 3 , triazine thiol derivative, dioctylfluorene derivative, tetracontane, parylene Etc. can be used.

例えば、無機材料としては、アルミナ、チタニア、五酸化バナジウム、酸化タングステン、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、アルミニウム、金、銀、スズ、インジウム・シン・オキサイド(ITO)、カーボンナノチューブ、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどを用いることができる。   For example, as the inorganic material, alumina, titania, vanadium pentoxide, tungsten oxide, lithium fluoride, magnesium fluoride, aluminum, gold, silver, tin, indium thin oxide (ITO), carbon nanotube, sodium chloride, chloride Magnesium or the like can be used.

空隙46の代わりに圧電膜42を縦方向に伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を用いることができる。共振領域48の平面形状は楕円形状以外に四角形または五角形等の多角形でもよい。   Instead of the void 46, an acoustic reflection film that reflects elastic waves propagating in the piezoelectric film 42 in the vertical direction can be used. The plane shape of the resonance region 48 may be a polygon such as a quadrangle or a pentagon other than the elliptical shape.

[発振器の例]
図8は、実施例1における発振器の例を示す回路図である。図8に示すように、発振器10aは、共振器12、トランジスタQ1、抵抗R1からR3、キャパシタC1からC3、インダクタL1を有している。トランジスタQ1のベースとコレクタとの間に共振器12が接続されている。抵抗R1およびR2はベースバイアスを供給する。抵抗R3はエミッタバイアスを供給する。キャパシタC1およびC2は周波数調整および波形改善のために用いる。キャパシタC4は端子T1から出力される発振信号S1の振幅を大きくする。キャパシタC3は直流阻止キャパシタである。
[Example of oscillator]
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an example of the oscillator according to the first embodiment. As shown in FIG. 8, the oscillator 10a includes a resonator 12, a transistor Q1, resistors R1 to R3, capacitors C1 to C3, and an inductor L1. The resonator 12 is connected between the base and collector of the transistor Q1. Resistors R1 and R2 provide the base bias. Resistor R3 supplies the emitter bias. The capacitors C1 and C2 are used for frequency adjustment and waveform improvement. The capacitor C4 increases the amplitude of the oscillation signal S1 output from the terminal T1. The capacitor C3 is a DC blocking capacitor.

以下に説明する測定およびシミュレーションでは、発振器10aにおいて、共振器12は窒化アルミニウムを圧電膜42とする圧電薄膜共振器である。抵抗R1からR3はそれぞれ2kΩ、3kΩおよび180Ωである。キャパシタC1からC4はそれぞれ1pF、1.8pF、15pFおよび15pFである、インダクタL1は15nHである。電源電圧Vccは3.3Vである。   In the measurement and simulation described below, in the oscillator 10a, the resonator 12 is a piezoelectric thin film resonator including aluminum nitride as the piezoelectric film 42. The resistors R1 to R3 are 2 kΩ, 3 kΩ and 180 Ω, respectively. Capacitors C1 to C4 are 1 pF, 1.8 pF, 15 pF and 15 pF respectively, inductor L1 is 15 nH. The power supply voltage Vcc is 3.3V.

図9は、実施例1における発振器の別の例を示す回路図である。図9に示すように、発振器10bは、共振器12、トランジスタQ1、Q2、抵抗R1からR5、キャパシタC1、C3からC6、インダクタL1を有している。共振器11a、キャパシタC6およびインダクタL1は共振回路11を形成する。共振器12は感応膜を有し、共振器11aは感応膜を有していない。図8の発振器10aに比べ主にトランジスタQ1およびQ2をカスコード接続し、コレクタとエミッタとの間のキャパシタC2を共振回路11に変更している。   FIG. 9 is a circuit diagram showing another example of the oscillator according to the first embodiment. As shown in FIG. 9, the oscillator 10b includes a resonator 12, transistors Q1 and Q2, resistors R1 to R5, capacitors C1 and C3 to C6, and an inductor L1. The resonator 11a, the capacitor C6, and the inductor L1 form the resonance circuit 11. The resonator 12 has a sensitive film, and the resonator 11a does not have a sensitive film. Compared to the oscillator 10a of FIG. 8, the transistors Q1 and Q2 are mainly cascode-connected, and the capacitor C2 between the collector and the emitter is changed to the resonance circuit 11.

以下に説明する測定およびシミュレーションでは、発振器10bにおいて、共振器12および11aは窒化アルミニウムを圧電膜42とする圧電薄膜共振器である。抵抗R1からR5は、それぞれ1kΩ、1kΩ、790Ω、1kΩおよび180Ωである。キャパシタC1、C3からC6は、それぞれ7pF、15pF、3pF、7pFおよび3pFである、インダクタL1は3nHである。電源電圧Vccは3.3Vである。   In the measurement and simulation described below, in the oscillator 10b, the resonators 12 and 11a are piezoelectric thin film resonators having aluminum nitride as the piezoelectric film 42. The resistors R1 to R5 are 1 kΩ, 1 kΩ, 790 Ω, 1 kΩ and 180 Ω, respectively. Capacitors C1, C3 to C6 are 7 pF, 15 pF, 3 pF, 7 pF and 3 pF, respectively, inductor L1 is 3 nH. The power supply voltage Vcc is 3.3V.

共振回路11を設ける理由を説明する。発振器10aおよび10bはピアス型発振器であり、コレクタ−ベース間が誘導性、ベース−エミッタ間が容量性およびエミッタ−コレクタ間が容量性となったときに発振する。   The reason for providing the resonance circuit 11 will be described. The oscillators 10a and 10b are Pierce oscillators, and oscillate when the collector-base is inductive, the base-emitter is capacitive, and the emitter-collector is capacitive.

図10は、共振器の周波数に対するリアクタンス成分を示す図である。リアクタンス成分が0より大きい範囲は誘導性であり、0より小さい範囲は容量性である。窒化アルミニウムを圧電膜42とする圧電薄膜共振器を作製し感応膜45のある共振器と、感応膜45のない共振器との測定結果を比較した。   FIG. 10 is a diagram showing the reactance component with respect to the frequency of the resonator. The range in which the reactance component is larger than 0 is inductive, and the range in which the reactance component is smaller than 0 is capacitive. A piezoelectric thin film resonator having the piezoelectric film 42 made of aluminum nitride was manufactured, and the measurement results of the resonator having the sensitive film 45 and the resonator having no sensitive film 45 were compared.

図10に示すように、感応膜45のない共振器は誘導性となる範囲A0は78MHzと小さい。このため、感応膜45のない圧電薄膜共振器を発振器10aの共振器12に用いれば発振器10aは狭い範囲で発振し位相雑音が小さい。   As shown in FIG. 10, the resonator without the sensitive film 45 has a small inductive range A0 of 78 MHz. Therefore, if the piezoelectric thin film resonator without the sensitive film 45 is used for the resonator 12 of the oscillator 10a, the oscillator 10a oscillates in a narrow range and the phase noise is small.

しかし、感応膜45がある共振器では誘導性となる範囲A1が368MHzと広がる。さらに、2.7GHz以上の範囲A2でも誘導性となる。このため、感応膜45のある共振器を発振器10aの共振器に用いると発振器10aは広い範囲で発振し位相雑音が劣化する。   However, in the resonator having the sensitive film 45, the inductive range A1 is widened to 368 MHz. Furthermore, it becomes inductive even in the range A2 of 2.7 GHz or higher. Therefore, if the resonator having the sensitive film 45 is used as the resonator of the oscillator 10a, the oscillator 10a oscillates in a wide range and the phase noise deteriorates.

図11は、共振器および共振回路の周波数に対するリアクタンス成分を示す図である。発振器10bにおいて、共振回路11はコレクタ−エミッタ間に接続され、共振器12はコレクタ−ベース間に接続されている。共振器の測定結果に基づくシミュレーションの結果である。図11に示すように、感応膜のある共振器12が誘導性となる範囲A1は368MHzと広い。共振回路11が容量性となる範囲A3は12MHzである。これにより、発振器10bの発振する範囲は12MHzとなる。よって、位相雑音が劣化しない。   FIG. 11 is a diagram showing reactance components with respect to frequencies of the resonator and the resonance circuit. In the oscillator 10b, the resonance circuit 11 is connected between the collector and the emitter, and the resonator 12 is connected between the collector and the base. It is the result of the simulation based on the measurement result of the resonator. As shown in FIG. 11, the range A1 in which the resonator 12 having the sensitive film is inductive is wide as 368 MHz. The range A3 in which the resonance circuit 11 is capacitive is 12 MHz. As a result, the oscillation range of the oscillator 10b becomes 12 MHz. Therefore, the phase noise does not deteriorate.

図12(a)および図12(b)は共振器および共振回路の回路図、図12(c)は共振器および共振回路の周波数に対するリアクタンス成分を示す図である。図12(a)のように端子T1とT2との間に直列接続された感応膜のない共振器11aの周波数に対するリアクタンス成分を測定した。図12(b)のように、端子T1とT2との間にインダクタL1と共振器11aが直列接続され、共振器11aにキャパシタC6を並列接続された共振回路11のリアクタンス成分をシミュレーションした。   12 (a) and 12 (b) are circuit diagrams of the resonator and the resonance circuit, and FIG. 12 (c) is a diagram showing reactance components with respect to frequencies of the resonator and the resonance circuit. As shown in FIG. 12A, the reactance component with respect to the frequency of the resonator 11a having no sensitive film connected in series between the terminals T1 and T2 was measured. As shown in FIG. 12B, the reactance component of the resonance circuit 11 in which the inductor L1 and the resonator 11a are connected in series between the terminals T1 and T2 and the capacitor C6 is connected in parallel to the resonator 11a is simulated.

図12(c)に示すように、共振器11a単体では広い周波数範囲で容量性であり、狭い範囲で誘導性となる。このような共振器11aを発振器10bのコレクタ−エミッタ間に用いても発振する周波数範囲を狭くできない。共振回路11では、広い周波数範囲で誘導性であり、狭い周波数範囲で容量性とすることができる。容量性となる範囲はキャパシタC6およびインダクタL1で調整できる。   As shown in FIG. 12C, the resonator 11a alone is capacitive in a wide frequency range and inductive in a narrow range. Even if such a resonator 11a is used between the collector and the emitter of the oscillator 10b, the oscillating frequency range cannot be narrowed. The resonance circuit 11 can be inductive in a wide frequency range and capacitive in a narrow frequency range. The capacitance range can be adjusted by the capacitor C6 and the inductor L1.

図13は、実施例1における発振器の位相雑音を示す図である。発振器10aと10bの位相雑音を測定した。図13に示すように、位相周波数が1MHzにおいて、発振器10bの位相雑音は発振器10aより20dBc小さい。   FIG. 13 is a diagram illustrating phase noise of the oscillator according to the first embodiment. The phase noise of the oscillators 10a and 10b was measured. As shown in FIG. 13, at a phase frequency of 1 MHz, the phase noise of the oscillator 10b is 20 dBc smaller than that of the oscillator 10a.

このように、発振器10bでは、コレクタとエミッタとの間に共振回路11を接続することで、コレクタ−エミッタが容量性となる周波数範囲を狭くできる。これにより、感応膜45を有する共振器の誘導性となる周波数範囲が広くても発振する周波数範囲を狭くできる。これにより、位相雑音を抑制できる。   As described above, in the oscillator 10b, by connecting the resonance circuit 11 between the collector and the emitter, the frequency range in which the collector-emitter is capacitive can be narrowed. As a result, even if the inductive frequency range of the resonator having the sensitive film 45 is wide, the oscillating frequency range can be narrowed. Thereby, phase noise can be suppressed.

[センサ回路の測定]
センサ回路を試作した。図14は、実施例1における発振器の測定系を示すブロック図である。発振器10として図9の発振器10bを用いた。共振器12の感応膜45には、銅フタロシアニンを用いた。周波数弁別器16として図5(a)の周波数弁別器16bのノッチフィルタを用いた。検波器18として図3の検波器18を用いた。発振信号S1を増幅およびインピーダンス変換するバッファアンプ60と直流信号S3を増幅するアンプ61とを用いた。マイクロコンピュータ62はアンプ61が増幅したアナログの信号S3をデジタル信号に変換し、データ処理を行う。パーソナルコンピュータ64はデータ処理結果を表示する。
[Measurement of sensor circuit]
A sensor circuit was prototyped. FIG. 14 is a block diagram showing the measuring system of the oscillator in the first embodiment. The oscillator 10b shown in FIG. 9 was used as the oscillator 10. Copper phthalocyanine was used for the sensitive film 45 of the resonator 12. As the frequency discriminator 16, the notch filter of the frequency discriminator 16b shown in FIG. The detector 18 shown in FIG. 3 was used as the detector 18. A buffer amplifier 60 that amplifies and impedance-converts the oscillation signal S1 and an amplifier 61 that amplifies the DC signal S3 are used. The microcomputer 62 converts the analog signal S3 amplified by the amplifier 61 into a digital signal and performs data processing. The personal computer 64 displays the data processing result.

図15(a)は、実施例1におけるアセトンを与えたときの発振器の発振スペクトラムの変化、図15(b)は、出力信号の時間に対する電圧を示す図である。感応膜45にアセトンを与えた。図15(a)は、アセトンを与えたときのバッファアンプ60の出力信号のスペクトラムの変化である。周波数f1はアセトンを与える前の発振信号S1の発振周波数を示し、周波数f2はアセトンを与えた後の発振信号S1の発振周波数である。アセトンを与えることで、発振周波数が60kHz低下した。また、アセトンを与えることで、バッファアンプ60の出力信号のレベルは0.16dB低下した。   FIG. 15A is a change in the oscillation spectrum of the oscillator when acetone is applied in Example 1, and FIG. 15B is a diagram showing the voltage of the output signal with respect to time. Acetone was applied to the sensitive film 45. FIG. 15A shows changes in the spectrum of the output signal of the buffer amplifier 60 when acetone is applied. The frequency f1 indicates the oscillation frequency of the oscillation signal S1 before applying acetone, and the frequency f2 is the oscillation frequency of the oscillation signal S1 after applying acetone. By giving acetone, the oscillation frequency was lowered by 60 kHz. Further, the level of the output signal of the buffer amplifier 60 was lowered by 0.16 dB by supplying acetone.

図15(b)は、アセトンを瞬間的に与えたときのアンプ61の出力信号の電圧変化を示している。アセトンを与えると電圧が下がる。その後元の電圧に戻る。アセトンを与えることによる発振器10の発振周波数の変動は約−60kHzであり、信号S2の振幅変動は約−0.16dBmであり、信号S3の電圧変動は約5mVであった。   FIG. 15B shows the voltage change of the output signal of the amplifier 61 when acetone is instantaneously applied. When acetone is given, the voltage drops. After that, it returns to the original voltage. The fluctuation of the oscillation frequency of the oscillator 10 by applying acetone was about −60 kHz, the amplitude fluctuation of the signal S2 was about −0.16 dBm, and the voltage fluctuation of the signal S3 was about 5 mV.

特許文献1の図1のセンサ回路を参考にした比較例1との差をシミュレーションした。図16(a)は、実施例1における周波数に対する周波数弁別器の減衰量を示す図、図16(b)は、比較例1における周波数に対する移相器の位相変化を示す図である。図16(a)の矢印に示すように、実施例1では、発振信号S1の周波数が約10MHz変化すると、減衰量は約20dB変化する。図16(b)の矢印に示すように、比較例1では、発振信号の周波数が約10MHz変化すると位相は約123°変化する。   A difference from Comparative Example 1 referring to the sensor circuit of FIG. 1 of Patent Document 1 was simulated. FIG. 16A is a diagram showing the amount of attenuation of the frequency discriminator with respect to the frequency in Example 1, and FIG. 16B is a diagram showing the phase change of the phase shifter with respect to the frequency in Comparative Example 1. As shown by the arrow in FIG. 16A, in the first embodiment, when the frequency of the oscillation signal S1 changes by about 10 MHz, the amount of attenuation changes by about 20 dB. As shown by the arrow in FIG. 16B, in Comparative Example 1, when the frequency of the oscillation signal changes by about 10 MHz, the phase changes by about 123 °.

図17は、実施例1および比較例1における発振周波数に対するセンサ回路の出力電圧を示す図である。図17の矢印に示すように、実施例1では発振信号の周波数が約10MHz変化すると出力電圧が約0.22V変化する。比較例1では発振信号の周波数が約10MHz変化すると出力電圧が約0.33mV変化する。   FIG. 17 is a diagram showing the output voltage of the sensor circuit with respect to the oscillation frequency in Example 1 and Comparative Example 1. As shown by the arrow in FIG. 17, in Example 1, when the frequency of the oscillation signal changes by about 10 MHz, the output voltage changes by about 0.22V. In Comparative Example 1, when the frequency of the oscillation signal changes by about 10 MHz, the output voltage changes by about 0.33 mV.

このように、実施例1では比較例1に比べ出力電圧を約650倍にできる。また、比較例1では、位相差の最大は180°のため出力される電圧範囲が狭いが、実施例1では、信号の振幅を検波するため電圧範囲を大きくできる。比較例1では、ミキサを用いるためバイアス電圧の変動が測定誤差になるが、実施例1では、周波数弁別器16および検波器18にバイアス電圧を用いないためバイアス電圧の変動が測定誤差になりにくい。   As described above, the output voltage in Example 1 can be increased by about 650 times as compared with Comparative Example 1. Further, in Comparative Example 1, the maximum phase difference is 180 °, so the output voltage range is narrow, but in Example 1, since the signal amplitude is detected, the voltage range can be increased. In Comparative Example 1, since the mixer uses the mixer, the fluctuation of the bias voltage causes a measurement error. However, in the first embodiment, since the bias voltage is not used for the frequency discriminator 16 and the detector 18, the fluctuation of the bias voltage hardly causes the measurement error. .

実施例1によれば、図1のように、発振器10は、感応部の質量が変化することで共振周波数および/または反共振周波数が変化する共振器12を備え、共振周波数または反共振周波数に対応する発振信号S1を出力する。周波数弁別器16は、発振信号S1の周波数の変化を振幅の変化に変換する。検波器18は、周波数弁別器16の出力信号の振幅電圧を出力する。これにより、出力電圧を高くできる。   According to the first embodiment, as shown in FIG. 1, the oscillator 10 includes the resonator 12 whose resonance frequency and / or anti-resonance frequency is changed by changing the mass of the sensitive part. The corresponding oscillation signal S1 is output. The frequency discriminator 16 converts a change in frequency of the oscillation signal S1 into a change in amplitude. The detector 18 outputs the amplitude voltage of the output signal of the frequency discriminator 16. Thereby, the output voltage can be increased.

図5(a)および図5(b)のように、周波数弁別器16は、発振信号S1が入力する端子T1と振幅が変化する出力信号が出力する端子T2との間に直列および/またはシャントに接続された共振器15aから15d(第1弾性波共振器)を備える。これにより、発振周波数の変化を振幅の変化に変換できる。また、Q値の高い弾性波共振器を用いることで、周波数変化に対する感度を高くできる。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the frequency discriminator 16 includes a series and / or a shunt between the terminal T1 to which the oscillation signal S1 is input and the terminal T2 to which an output signal whose amplitude changes is output. To the resonators 15a to 15d (first acoustic wave resonator) connected to. Thereby, the change in the oscillation frequency can be converted into the change in the amplitude. Further, by using an elastic wave resonator having a high Q value, it is possible to increase the sensitivity to frequency changes.

共振器12は感応部を有する圧電薄膜共振器(第2弾性波共振器)を備える。これにより、感応部の質量が変化することで共振器の共振周波数および/または反共振周波数が変化する。   The resonator 12 includes a piezoelectric thin film resonator (second acoustic wave resonator) having a sensitive section. As a result, the resonance frequency and / or the anti-resonance frequency of the resonator changes due to the change in the mass of the sensitive section.

図7(a)および図7(b)のように、共振器12は、圧電膜42(第1圧電膜)と、圧電膜42の少なくとも一部を挟む下部電極41(第1電極)および上部電極43(第2電極)と、上部電極43の圧電膜42層と反対側に設けられ、感応部である感応膜45と、を有する。これにより、感応部の質量が変化することで共振器の共振周波数および/または反共振周波数が変化する。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the resonator 12 includes a piezoelectric film 42 (first piezoelectric film), a lower electrode 41 (first electrode) sandwiching at least a part of the piezoelectric film 42, and an upper portion. It has an electrode 43 (second electrode) and a sensitive film 45 which is provided on the opposite side of the upper electrode 43 from the piezoelectric film 42 layer and is a sensitive portion. As a result, the resonance frequency and / or the anti-resonance frequency of the resonator changes due to the change in the mass of the sensitive section.

図9のように、発振器10bは、ベース(制御端子)、エミッタ(第1端子)、および発振信号S1が出力するコレクタ(第2端子)を有するトランジスタQ1およびQ2を備えている。キャパシタC1およびC4(第1キャパシタ)は、一端がベースに接続され、他端がエミッタに接続されている。これにより、ベース−エミッタ間は容量性となる。共振器11a(第3弾性波共振器)は、コレクタとエミッタとの間にトランジスタQ1およびQ2と並列に接続されている。インダクタL1は、コレクタとエミッタとの間に共振器11aと直列に接続されている。キャパシタC6(第2キャパシタ)は、コレクタとエミッタとの間に、共振器11aと並列かつインダクタL1と直列に接続されている。共振器12は、一端がベースに接続され、他端がコレクタに接続される。これにより、感応部を有する共振器12の誘導性の周波数範囲が広くても、共振回路11の容量性の周波数範囲が狭いため、位相雑音を抑制できる。   As shown in FIG. 9, the oscillator 10b includes transistors Q1 and Q2 having a base (control terminal), an emitter (first terminal), and a collector (second terminal) that outputs the oscillation signal S1. The capacitors C1 and C4 (first capacitors) have one end connected to the base and the other end connected to the emitter. This makes the base-emitter capacitive. The resonator 11a (third acoustic wave resonator) is connected in parallel with the transistors Q1 and Q2 between the collector and the emitter. The inductor L1 is connected in series with the resonator 11a between the collector and the emitter. The capacitor C6 (second capacitor) is connected between the collector and the emitter in parallel with the resonator 11a and in series with the inductor L1. The resonator 12 has one end connected to the base and the other end connected to the collector. As a result, even if the inductive frequency range of the resonator 12 having the sensitive section is wide, the capacitive frequency range of the resonant circuit 11 is narrow, so that phase noise can be suppressed.

図18は、実施例2に係るセンサ回路のブロック図である。図18に示すように、センサ回路は、発振器10d、周波数弁別器16dおよび検波器18を備えている。   FIG. 18 is a block diagram of the sensor circuit according to the second embodiment. As shown in FIG. 18, the sensor circuit includes an oscillator 10d, a frequency discriminator 16d, and a detector 18.

発振器10dは、共振器12dおよび増幅器14を有している。共振器12dは、感応部を有していない。周波数弁別器16dは感応部を有する共振器を有している。その他の回路は実施例1と同じであり説明を省略する。   The oscillator 10d has a resonator 12d and an amplifier 14. The resonator 12d has no sensitive portion. The frequency discriminator 16d has a resonator having a sensitive section. The other circuits are the same as those in the first embodiment and the description thereof is omitted.

図19(a)から図19(d)は、実施例2における周波数弁別器の回路図である。図19(a)に示すように、周波数弁別器16eでは、端子T1とT2との間に感応膜45を有する共振器15bがシャントに接続されている。図19(b)に示すように、周波数弁別器16fでは、端子T1とT2との間に感応膜45を有する共振器15aが直列に接続されている。   19 (a) to 19 (d) are circuit diagrams of the frequency discriminator in the second embodiment. As shown in FIG. 19A, in the frequency discriminator 16e, the resonator 15b having the sensitive film 45 between the terminals T1 and T2 is connected to the shunt. As shown in FIG. 19B, in the frequency discriminator 16f, the resonator 15a having the sensitive film 45 is connected in series between the terminals T1 and T2.

図19(c)に示すように、周波数弁別器16gでは、端子T1とT2との間に感応膜45を有する共振器15aが直列に、感応膜45を有する共振器15bがシャントに接続されている。図19(d)に示すように、周波数弁別器16hでは、端子T1とT2との間に感応膜45を有する共振器15aおよび15cが直列に、感応膜45を有する共振器15bおよび15dがシャントに接続されている。   As shown in FIG. 19C, in the frequency discriminator 16g, the resonator 15a having the sensitive film 45 is connected in series between the terminals T1 and T2, and the resonator 15b having the sensitive film 45 is connected to the shunt. There is. As shown in FIG. 19D, in the frequency discriminator 16h, the resonators 15a and 15c having the sensitive film 45 are connected in series between the terminals T1 and T2, and the resonators 15b and 15d having the sensitive film 45 are shunted. It is connected to the.

このように、周波数弁別器16dは、端子T1とT2との間に、直列接続された1または複数の共振器15aおよび15cおよび/またはシャント接続された1または複数の共振器15bおよび15dを備えている。共振器15aから15dの少なくとも1つの共振器が感応膜45を有して入ればよい。   Thus, the frequency discriminator 16d includes one or more resonators 15a and 15c connected in series and / or one or more resonators 15b and 15d connected in shunt between the terminals T1 and T2. ing. At least one of the resonators 15a to 15d may be provided with the sensitive film 45.

窒化アルミニウム膜を圧電膜42とする圧電薄膜共振器の感応膜45に、アセトンまたはエタノールを与え通過特性を測定した。測定結果を用い、周波数弁別器16eから16hの通過特性をシミュレーションした。   Acetone or ethanol was applied to the sensitive film 45 of the piezoelectric thin film resonator having the aluminum nitride film as the piezoelectric film 42, and the pass characteristic was measured. Using the measurement results, the pass characteristics of the frequency discriminators 16e to 16h were simulated.

図20(a)から図21(b)は、実施例2における周波数弁別器の周波数に対する減衰量を示す図である。「においなし」は感応膜45にアセトンおよびエタノールを与えない状態での通過特性、「アセトン」は感応膜45にアセトンを与えたときの通過特性、「エタノール」は感応膜45にエタノールを与えたときの通過特性である。   20 (a) to 21 (b) are diagrams showing the attenuation amount with respect to the frequency of the frequency discriminator in the second embodiment. “No odor” is the passage characteristic when acetone and ethanol are not applied to the sensitive film 45, “acetone” is the passage characteristic when acetone is applied to the sensitive film 45, and “ethanol” is ethanol provided to the sensitive film 45. It is a passage characteristic at time.

図20(a)に示すように、周波数弁別器16eでは、周波数が2.375GHzにおいて、アセトンを与えたときの振幅の変化は−1.13dB、エタノールを与えたときの振幅の変化は−0.34dBである。図20(b)に示すように、周波数弁別器16fでは、周波数が2.46GHzにおいて、アセトンを与えたときの振幅の変化は−0.52dB、エタノールを与えたときの振幅の変化は−0.13dBである。   As shown in FIG. 20 (a), in the frequency discriminator 16e, at a frequency of 2.375 GHz, the change in amplitude when acetone is applied is -1.13 dB, and the change in amplitude when ethanol is applied is -0. It is 0.34 dB. As shown in FIG. 20B, in the frequency discriminator 16f, at a frequency of 2.46 GHz, the change in amplitude when acetone is applied is −0.52 dB, and the change in amplitude when ethanol is applied is −0. It is .13 dB.

周波数弁別器16eおよび16fでは、共振器15aおよび15bのにおいなしでの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2363.0MHzおよび2472.8MHzである。アセトンを与えたときの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2370.6MHzおよび2468.2MHzである。エタノールを与えたときの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2366.8MHzおよび2472.2MHzである。   In the frequency discriminators 16e and 16f, the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa without the smell of the resonators 15a and 15b are 2363.0 MHz and 2472.8 MHz, respectively. The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa when acetone is applied are 2370.6 MHz and 2468.2 MHz, respectively. The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa when ethanol is given are 2366.8 MHz and 2472.2 MHz, respectively.

図21(a)に示すように、周波数弁別器16gでは、周波数が2.375GHzにおいて、アセトンを与えたときの振幅の変化は−1.87dB、エタノールを与えたときの振幅の変化は−0.51dBである。図21(b)に示すように、周波数弁別器16hでは、周波数が2.375GHzにおいて、アセトンを与えたときの振幅の変化は−4.04dB、エタノールを与えたときの振幅の変化は−1.05dBである。   As shown in FIG. 21 (a), in the frequency discriminator 16 g, at a frequency of 2.375 GHz, the change in amplitude when acetone is applied is −1.87 dB, and the change in amplitude when ethanol is applied is −0. It is 0.51 dB. As shown in FIG. 21B, in the frequency discriminator 16h, at a frequency of 2.375 GHz, the change in amplitude when acetone is applied is -4.04 dB, and the change in amplitude when ethanol is applied is -1. It is 0.05 dB.

周波数弁別器16gおよび16hでは、共振器15aおよび15cのにおいなしでの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2279.6MHzおよび2387.8MHzである。アセトンを与えたときの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2286.3MHzおよび2383.4MHzである。エタノールを与えたときの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2282.3MHzおよび2387.6MHzである。共振器15bおよび15dのにおいなしでの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2363.0MHzおよび2472.8MHzである。アセトンを与えたときの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2370.6MHzおよび2468.2MHzである。エタノールを与えたときの共振周波数frおよび反共振周波数faはそれぞれ2366.8MHzおよび2472.2MHzである。   In the frequency discriminators 16g and 16h, the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa without smell of the resonators 15a and 15c are 2279.6 MHz and 2387.8 MHz, respectively. The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa when acetone is applied are 2286.3 MHz and 2383.4 MHz, respectively. The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa when ethanol is given are 2282.3 MHz and 2387.6 MHz, respectively. The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa without the smell of the resonators 15b and 15d are 2363.0 MHz and 2472.8 MHz, respectively. The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa when acetone is applied are 2370.6 MHz and 2468.2 MHz, respectively. The resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa when ethanol is given are 2366.8 MHz and 2472.2 MHz, respectively.

以上のように、感応膜45を有する圧電薄膜共振器は、感応膜の質量が変化することで、共振周波数および/または反共振周波数が変化するだけでなく、減衰量も変化する。これにより、感応膜45を有する圧電薄膜共振器を周波数弁別器として用いることもできる。図20(a)から図21(b)のように、共振器の段数が多い方がより振幅が大きく変化する。   As described above, in the piezoelectric thin film resonator having the sensitive film 45, not only the resonance frequency and / or the anti-resonance frequency change but also the amount of attenuation changes when the mass of the sensitive film changes. Accordingly, the piezoelectric thin film resonator having the sensitive film 45 can be used as a frequency discriminator. As shown in FIGS. 20 (a) to 21 (b), the larger the number of resonator stages, the larger the amplitude changes.

実施例2によれば、図18のように、発振器10dは発振信号S1を出力する。周波数弁別器16dは、感応部の質量が変化することで通過特性が変化する共振器15aから15dを有し、通過特性の変化に対応し発振信号S1の振幅を変化させる。検波器18は、周波数弁別器16dの出力信号S2の振幅電圧を出力する。これにより、出力電圧を高くできる。   According to the second embodiment, the oscillator 10d outputs the oscillation signal S1 as shown in FIG. The frequency discriminator 16d has resonators 15a to 15d whose pass characteristics change due to a change in the mass of the sensitive section, and changes the amplitude of the oscillation signal S1 in response to the change in pass characteristics. The detector 18 outputs the amplitude voltage of the output signal S2 of the frequency discriminator 16d. Thereby, the output voltage can be increased.

図19(a)から図19(d)のように、周波数弁別器16dは、発振信号S1が入力する端子T1と振幅が変化する出力信号が出力する端子T2との間に直列および/またはシャントに接続され、感応部を有する共振器15aから15d(1または複数の第1弾性波共振器)を備える。これにより、発振信号S1の振幅を変化させることができる。   As shown in FIGS. 19A to 19D, the frequency discriminator 16d includes a series and / or shunt between the terminal T1 to which the oscillation signal S1 is input and the terminal T2 to which an output signal whose amplitude changes is output. And resonators 15a to 15d (one or a plurality of first acoustic wave resonators) connected to each other and having a sensitive portion. Thereby, the amplitude of the oscillation signal S1 can be changed.

共振器15aから15dの少なくとも1つは、圧電膜42(第1圧電膜)と、圧電膜42の少なくとも一部を挟む下部電極41(第1電極)および上部電極43(第2電極)と、上部電極43の圧電膜42と反対側に設けられ、感応部である感応膜45と、を有する。これにより、感応部の質量が変化することで共振器の通過特性が変化する。   At least one of the resonators 15a to 15d includes a piezoelectric film 42 (first piezoelectric film), a lower electrode 41 (first electrode) and an upper electrode 43 (second electrode) that sandwich at least a part of the piezoelectric film 42, It is provided on the opposite side of the upper electrode 43 from the piezoelectric film 42, and has a sensitive film 45 as a sensitive portion. As a result, the passage characteristic of the resonator changes due to the change in the mass of the sensitive section.

発振器10dは、例えばPLL回路または原子発振器でもよい。発振器10dとして発振精度の高い発振器を用いることで測定誤差を小さくできる。   The oscillator 10d may be, for example, a PLL circuit or an atomic oscillator. A measurement error can be reduced by using an oscillator with high oscillation accuracy as the oscillator 10d.

[実施例1および2の共振器の例]
図22は、実施例1および2における弾性波共振器の例を示す平面図である。図23(a)および図23(b)は、それぞれ図22のA−AおよびB−B断面図である。図22から図23(b)に示すように、同じ基板40上に弾性波共振器54および56が設けられている。弾性波共振器54は保護膜44上の共振領域48内に感応膜45を有し、付加膜47を有していない。弾性波共振器56は上部電極43と保護膜44の間の共振領域48内に付加膜47を有し、感応膜45を有していない。下部電極41、圧電膜42および上部電極43の材料および膜厚は弾性波共振器54と56とでほぼ同じである。その他の構成は図7(a)および図7(b)と同じであり説明を省略する。
[Example of resonator of Examples 1 and 2]
FIG. 22 is a plan view showing an example of the acoustic wave resonator according to the first and second embodiments. 23A and 23B are cross-sectional views taken along the lines AA and BB of FIG. 22, respectively. As shown in FIGS. 22 to 23B, acoustic wave resonators 54 and 56 are provided on the same substrate 40. The acoustic wave resonator 54 has the sensitive film 45 in the resonance region 48 on the protective film 44 and does not have the additional film 47. The acoustic wave resonator 56 has the additional film 47 in the resonance region 48 between the upper electrode 43 and the protective film 44, and does not have the sensitive film 45. The material and film thickness of the lower electrode 41, the piezoelectric film 42, and the upper electrode 43 are substantially the same in the acoustic wave resonators 54 and 56. Other configurations are the same as those in FIGS. 7A and 7B, and the description thereof will be omitted.

実施例1では、弾性波共振器54を発振器10の共振器12に用い、弾性波共振器56を周波数弁別器16の共振器15aから15dに用いる。実施例2では、弾性波共振器54を周波数弁別器16の共振器15aから15dに用い、弾性波共振器56を発振器10dの共振器12dに用いる。   In the first embodiment, the acoustic wave resonator 54 is used for the resonator 12 of the oscillator 10, and the acoustic wave resonator 56 is used for the resonators 15a to 15d of the frequency discriminator 16. In the second embodiment, the elastic wave resonator 54 is used for the resonators 15a to 15d of the frequency discriminator 16, and the elastic wave resonator 56 is used for the resonator 12d of the oscillator 10d.

実施例1では、共振器15aから15dである弾性波共振器56は、共振器12である弾性波共振器54の圧電膜42と同じ材料からなる圧電膜42(第2圧電膜)と、圧電膜42の少なくとも一部を挟む下部電極41(第3電極)および上部電極43(第4電極)と、を有する。   In the first embodiment, the acoustic wave resonator 56, which is the resonators 15 a to 15 d, includes the piezoelectric film 42 (second piezoelectric film) made of the same material as the piezoelectric film 42 of the acoustic wave resonator 54, which is the resonator 12. A lower electrode 41 (third electrode) and an upper electrode 43 (fourth electrode) sandwiching at least a part of the film 42.

実施例2では、共振器12dである弾性波共振器56は、共振器15aから15dである弾性波共振器54の圧電膜42と同じ材料からなる圧電膜42(第2圧電膜)と、圧電膜42の少なくとも一部を挟む下部電極41(第3電極)および上部電極43(第4電極)と、を有する。   In the second embodiment, the elastic wave resonator 56 that is the resonator 12d includes a piezoelectric film 42 (second piezoelectric film) made of the same material as the piezoelectric film 42 of the elastic wave resonators 54 that are the resonators 15a to 15d. A lower electrode 41 (third electrode) and an upper electrode 43 (fourth electrode) sandwiching at least a part of the film 42.

弾性波共振器54および56を同じ基板40上に設ける。これにより、弾性波共振器54および56のどちらかが発熱した場合においても弾性波共振器54と56との温度をほぼ同じにできる。また、共振領域48内における感応膜45と付加膜47の質量を同程度に調整することで、弾性波共振器54および56の共振周波数(または反共振周波数)を同程度に調整できる。   The acoustic wave resonators 54 and 56 are provided on the same substrate 40. Thereby, even if either of the acoustic wave resonators 54 and 56 generates heat, the temperatures of the acoustic wave resonators 54 and 56 can be made substantially the same. Further, by adjusting the masses of the sensitive film 45 and the additional film 47 in the resonance region 48 to the same degree, the resonance frequencies (or anti-resonance frequencies) of the acoustic wave resonators 54 and 56 can be adjusted to the same degree.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and alterations are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10、10a、10b、10d 発振器
11a、12、12d、15a−15d 共振器
14 増幅器
16、16a、16b、16d−16h 周波数弁別器
18 検波器
40 基板
41 下部電極
42 圧電膜
43 上部電極
44 保護膜
45 感応膜
46 空隙
48 共振領域
10, 10a, 10b, 10d Oscillator 11a, 12, 12d, 15a-15d Resonator 14 Amplifier 16, 16a, 16b, 16d-16h Frequency discriminator 18 Detector 40 Substrate 41 Lower electrode 42 Piezoelectric film 43 Upper electrode 44 Protective film 45 Sensitive film 46 Void 48 Resonance region

Claims (10)

感応部の質量が変化することで共振周波数および/または反共振周波数が変化する共振器を備え、前記共振周波数または前記反共振周波数に対応する発振信号を出力する発振器と、
前記発振信号の周波数の変化を振幅の変化に変換する周波数弁別器と、
前記周波数弁別器の出力信号の振幅電圧を出力する検波器と、
を備えるセンサ回路。
An oscillator that includes a resonator whose resonance frequency and / or anti-resonance frequency changes when the mass of the sensitive part changes, and which outputs an oscillation signal corresponding to the resonance frequency or the anti-resonance frequency;
A frequency discriminator that converts a change in frequency of the oscillation signal into a change in amplitude,
A detector that outputs the amplitude voltage of the output signal of the frequency discriminator,
And a sensor circuit.
前記周波数弁別器は、前記発振信号が入力する端子と振幅が変化する出力信号が出力する端子との間に直列および/またはシャントに接続された第1弾性波共振器を備える請求項1に記載のセンサ回路。   The said frequency discriminator is equipped with the 1st elastic wave resonator connected in series and / or shunt between the terminal which the said oscillation signal inputs, and the terminal which outputs the output signal whose amplitude changes. Sensor circuit. 前記共振器は前記感応部を有する第2弾性波共振器を備える請求項1または2に記載のセンサ回路。   The sensor circuit according to claim 1, wherein the resonator includes a second acoustic wave resonator having the sensitive section. 前記第2弾性波共振器は、
第1圧電膜と、
前記第1圧電膜の少なくとも一部を挟む第1電極および第2電極と、
前記第2電極の前記第1圧電膜と反対側に設けられ、前記感応部である感応膜と、
を有する請求項3に記載のセンサ回路。
The second acoustic wave resonator includes
A first piezoelectric film,
A first electrode and a second electrode sandwiching at least a part of the first piezoelectric film;
A sensitive film which is provided on the side of the second electrode opposite to the first piezoelectric film and which is the sensitive section;
The sensor circuit according to claim 3, further comprising:
前記周波数弁別器は、前記発振信号が入力する端子と振幅が変化する出力信号が出力する端子との間に直列および/またはシャントに接続された第1弾性波共振器を備え、
前記第1弾性波共振器は、
前記第1圧電膜と同じ材料からなる第2圧電膜と、
前記第2圧電膜の少なくとも一部を挟む第3電極および第4電極と、
を有する請求項4に記載のセンサ回路。
The frequency discriminator includes a first acoustic wave resonator connected in series and / or a shunt between a terminal to which the oscillation signal is input and a terminal to which an output signal whose amplitude changes is output,
The first acoustic wave resonator is
A second piezoelectric film made of the same material as the first piezoelectric film;
A third electrode and a fourth electrode sandwiching at least a part of the second piezoelectric film,
The sensor circuit according to claim 4, further comprising:
前記発振器は、
制御端子、第1端子、および前記発振信号が出力する第2端子を有するトランジスタと、
一端が前記制御端子に接続され、他端が前記第1端子に接続された第1キャパシタと、
前記第2端子と前記第1端子との間に前記トランジスタと並列に接続された第3弾性波共振器と、
前記第2端子と前記第1端子との間に前記第3弾性波共振器と直列に接続されたインダクタと、
前記第2端子と前記第1端子との間に、前記第3弾性波共振器と並列かつ前記インダクタと直列に接続された第2キャパシタと、
を有し、
前記第2弾性波共振器は、一端が前記制御端子に接続され、他端が前記第2端子に接続される請求項3から5のいずれか一項に記載のセンサ回路。
The oscillator is
A transistor having a control terminal, a first terminal, and a second terminal for outputting the oscillation signal;
A first capacitor having one end connected to the control terminal and the other end connected to the first terminal;
A third acoustic wave resonator connected in parallel with the transistor between the second terminal and the first terminal;
An inductor connected in series with the third acoustic wave resonator between the second terminal and the first terminal;
A second capacitor connected in parallel with the third acoustic wave resonator and in series with the inductor between the second terminal and the first terminal;
Have
The sensor circuit according to claim 3, wherein the second acoustic wave resonator has one end connected to the control terminal and the other end connected to the second terminal.
発振信号を出力する発振器と、
感応部の質量が変化することで通過特性が変化する共振器を有し、前記通過特性の変化に対応し前記発振信号の振幅を変化させる周波数弁別器と、
前記周波数弁別器の出力信号の振幅電圧を出力する検波器と、
を備えるセンサ回路。
An oscillator that outputs an oscillation signal,
A frequency discriminator that has a resonator whose pass characteristic changes as the mass of the sensitive part changes, and which changes the amplitude of the oscillation signal in response to the change of the pass characteristic;
A detector that outputs the amplitude voltage of the output signal of the frequency discriminator,
And a sensor circuit.
前記周波数弁別器は、前記発振信号が入力する端子と振幅が変化する出力信号が出力する端子との間に直列および/またはシャントに接続され、前記感応部を有する1または複数の第1弾性波共振器を備える請求項7に記載のセンサ回路。   The frequency discriminator is connected in series and / or a shunt between a terminal for inputting the oscillation signal and a terminal for outputting an output signal whose amplitude changes, and has one or a plurality of first elastic waves having the sensitive section. The sensor circuit according to claim 7, comprising a resonator. 前記1または複数の第1弾性波共振器の少なくとも1つは、
第1圧電膜と、
前記第1圧電膜の少なくとも一部を挟む第1電極および第2電極と、
前記第2電極の前記第1圧電膜と反対側に設けられ、前記感応部である感応膜と、を有する請求項8に記載のセンサ回路。
At least one of the one or more first acoustic wave resonators is
A first piezoelectric film,
A first electrode and a second electrode sandwiching at least a part of the first piezoelectric film;
9. The sensor circuit according to claim 8, further comprising: a sensitive film which is provided on a side of the second electrode opposite to the first piezoelectric film and which is the sensitive section.
前記発振器は、第2弾性波共振器を備え、前記第2弾性波共振器の共振周波数または反共振周波数に対応する発振信号を出力し、
前記第2弾性波共振器は、
前記第1圧電膜と同じ材料からなる第2圧電膜と、
前記第2圧電膜の少なくとも一部を挟む第3電極および第4電極と、
を有する請求項9に記載のセンサ回路。
The oscillator includes a second acoustic wave resonator, and outputs an oscillation signal corresponding to a resonance frequency or an anti-resonance frequency of the second acoustic wave resonator,
The second acoustic wave resonator includes
A second piezoelectric film made of the same material as the first piezoelectric film;
A third electrode and a fourth electrode sandwiching at least a part of the second piezoelectric film,
The sensor circuit according to claim 9, further comprising:
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