Design, test, and characterization of a compact MEMS-based frequency synthesizer

• Main Author: Ahmad, Faisal Saeed
• Other Authors: Mourad N El-Gamal (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Engineering - Electronics and Electrical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=96673

Extensive microelectronics research has been conducted over the past decade to develop integrated replacements for high quality factor off-chip components. Micro-electromechanical systems (MEMS) based technology offers great promise as a result of improved reliability, microscale size, integration potential and eventually lower overall cost. In this work, the design, optimization, characterization, and test of a MEMS-based fully integrated frequency synthesizer serves to demonstrate a proof-of-concept for using MEMS clamped-clamped beam resonators in front-end RF systems. Details regarding system integration of the phase-locked loop, the MEMS resonator and the associated sustaining amplifier highlight issues related to managing circuit interfaces, system level performance and test methodology. Design and optimization of the different on-chip synthesizer components including the charge-pump, loop filter and voltage controlled oscillator, provides a thorough examination of the device evolution. System-level simulation and testing, facilitated by the design of high quality printed circuit boards, provides performance metrics that are benchmarked against conventional crystal-based systems. === Au cours de la dernière décénnie, des recherches approfondies ayant le but de développer des remplacements intégrés pour les composants à facteurs de qualité supérieurs ont vu le jour. Les microsystèmes électromécaniques (MEMS) ont le potentiel de permettre une fiabilité améliorée, une minituarusation, une grande d'intégration et finalement une réduction de couts. Dans le cadre de ce travail, la conception, l'optimisation, la caractérisation, et le test d'un synthétiseur de fréquence entièrement intégré basé sur un MEMS est une preuve de concept de l'utilisation des résonateurs MEMS dans les systèmes radio-fréquence. Les détails quant à l'intégration de la boucle à verrouillage de phase, le résonateur MEMS et l'amplificateur soutenant l'oscillation représentent les problèmes reliés à la géstion d'interfaces des circuits, à la performance du système et à la méthodologie de test. La conception at l'optimisation des différents composants du synthétiseur, y compris le convertisseur à pompe de charge, le filtre de boucle et l'oscillateur contrôlé en tension, consiste en un examen minutieux de l'évolution du système. Les simulations et les tests apportés au niveau du système et facilités par la conception de circuits imprimés de haute qualité, fournissent les paramètres de performance nécessaires pour l'évaluation de ce système MEMS par rapport aux systèmes basés sur les cristaux de quartz conventionnels.