臺灣博碩士論文加值系統

矽基微懸臂樑元件設計有許多方面的運用，例如：射頻通訊濾波器，感測器等等。以往的研究中都以垂直（上下）震盪的濾波器為主，本論文探討橫向震動矽基微懸臂樑帶通濾波器。研究靜電驅動的電容式微懸臂樑元件，並利用微懸臂樑的特性做組合，以有限元素軟體與電路模擬軟體來做模擬，最後設計一簡單的例子來做濾波器的測試，證實橫向運動濾波器的實用性與效果。

There are many applications of using silicon–based micro–cantilever beams, such as wireless communication filters, sensors, and so on. The research has been focused on the filters that are vertically vibrated. Our focus is on the band–pass filter, which the motion of vibrant micro–cantilever beam is on the lateral direction. We study capacitive type of electral static driven device. With geometric combination of beams, different types of frequency characteristics can be shown. Simulations are accomplished from mechanical and electrical point of view using commercial softwares. Lastly, a simple design case is used to test effectiveness of the filters.

目錄
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 簡介 1
1.2 研究動機與方法 1
1.3文獻回顧 3
1.4 論文架構 4
第二章 微矽基振盪器元件基本原理 5
2.1 機械與電路系統 5
2.1.1 機械系統 5
2.1.2 電路系統 7
2.1.3 機械電路系統比較 10
2.2雙埠網路電路 12
2.3 單微懸臂樑(cantilever beam) 14
2.4 耦合樑（Coupling-beam） 21
2.5 耦合位置 25
2.6 新型微機電濾波器結構 28
第三章 濾波器設計 31
3.1 橫向震動矽基濾波器 31
3.1.1 雙微懸臂樑橫向振動矽基濾波器 31
3.1.2 三微懸臂樑橫向振動矽基濾波器 35
3.2 濾波器比較 38
3.2.1 濾波器比較–單微懸臂樑橫向與垂直振動比較 38
3.2.2 濾波器比較–雙微懸臂樑橫向與垂直震動濾波器比較 40
3.2.3 濾波器比較–三微懸臂樑橫向與垂直振動比較 41
第四章 濾波器元件運用 43
4.1 矽基帶通濾波器模組化應用 43
第五章 結論 49
5.1 結論 49
5.2 未來展望 49
參考文獻 51

圖目錄
Fig. 1.1 濾波器頻率圖 1
Fig. 1.2 帶通濾波器波形圖 2
Fig. 2.1 機械平移系統基本元件 5
Fig. 2.2 機械系統 6
Fig. 2.3 電路系統基本元件 7
Fig. 2.4 電路系統 8
Fig. 2.5 線性雙埠換能器 12
Fig. 2.6 線性換能器等校電路圖 13
Fig. 2.7 單微懸臂樑機械電路轉換結構 14
Fig. 2.8 尺寸與頻率關係圖 15
Fig. 2.9 微懸臂樑機械結構頻率響應圖 16
Fig. 2.10 微懸臂樑俯視圖 16
Fig. 2.11 直流偏壓 與震盪頻率 關係圖 18
Fig. 2.12 微懸臂樑等校電路頻率響應圖 19
Fig. 2.13 耦合樑 21
Fig. 2.14 雙懸臂樑機械結構 21
Fig. 2.15 耦合樑 型模型 22
Fig. 2.16 耦合樑等效電路 23
Fig. 2.17 震盪器位移模式對應峰值特性 23
Fig. 2.18 矽基濾波器兩種模態（a）模態一（b）模態二 25
Fig. 2.19 矽基濾波器中心頻率與耦合位置關係圖 26
Fig. 2.20 矽基濾波器中心頻率與耦合位置頻率圖 27
Fig. 2.21 垂直震動雙微懸臂樑耦合濾波器 28
Fig. 2.22 等效電路頻率響應圖 30
Fig. 3.1 橫向震盪微矽基濾波器 31
Fig. 3.2 矽基濾波器機械頻率響應 33
Fig. 3.3 矽基濾波器電路頻率響應圖 33
Fig. 3.4 三微懸臂樑矽基帶通濾波器機械結構圖 35
Fig. 3.6 三微懸臂樑矽基帶通濾波器電路頻率圖 37
Fig. 3.7 垂直震盪單微懸臂樑電路圖 38
Fig. 3.8 橫向振盪單微懸臂樑電路圖 38
Fig. 3.9 垂直震盪濾波器電路頻率圖 40
Fig. 3.10 三微懸臂樑垂直震盪濾波器機械結構圖 41
Fig. 3.11 三微懸臂樑垂直震盪濾波器電路頻率圖 41
Fig. 4.1 雙微懸臂樑濾波器簡易濾波系統 43
Fig. 4.2 時域圖 44
Fig. 4.3 頻域圖 44
Fig. 4.4 時域圖 45
Fig. 4.5 頻域圖 45
Fig. 4.6 時域圖 46
Fig. 4.7 頻域圖 46
Fig. 4.8 時域圖 47
Fig. 4.9 頻域圖 47
Fig. 4.10 時域圖 48
Fig. 4.11 頻域圖 48
Fig. 5.1 雙端固定單微懸臂樑 50
Fig. 5.2 雙端固定微懸臂樑濾波器設計 50

表目錄
Table 2.1 機械平移系統參數 5
Table 2.2 機械與電路參數比較表 10
Table 2.3 機械與電參數等校轉換表 11
Table 2.4 微懸臂樑頻率響應圖相關參數 19
Table 2.5 頻率比較表 19
Table 2.6 矽基濾波器耦合位置與頻率關係 25
Table 2.7 微懸臂樑耦合濾波器參數 28
Table 2.8 等效電路參數表 29
Table 2.9 頻率響應數據表 30
Table 3.1 矽基濾波器尺寸數據 31
Table 3.2 等效電路參數表 32
Table 3.3 矽基濾波器頻率響應圖相關參數 34
Table 3.4 矽基濾波器尺寸數據 35
Table 3.5 等效電路參數表 36
Table 3.6 矽基濾波器頻率響應圖相關參數 37
Table 3.7 單微懸臂樑電路數據比較 39
Table 3.8 濾波器電路數據比較 40
Table 3.9 三微懸臂樑電路數據比較 42

【1】H. J. De Los Santos, RF MEMS Circuit Design for Wireless Communications , London:Artech House,2002.
【2】T. Ishizaki, M. Fujita, H. Kagata, T. Uwano and H. Miyake,”A very small dielectric planar filter for portanle telephones,”IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 42, Issue 11, pp.2017-2022, Nov. 1994.
【3】喻韋強,”CMOS可調頻率微機械式共震器的設計與製作”,碩士論文,機械工程研究所,國立中興大學,2005.
【4】M. Motiee, ”MEMS IF/RF Filters,” Master dissertation, Dept. Aerosp. Eng., Univ. Maryland, College Park, 1997.
【5】F. D. Bannon, J. R. Clark and C. T.-C. Nhuyen, ”High – Q HF Microelectiomechanical Filters, ” IEEE Trans. Solid – State Circuit, vol. 35, Issue 4, pp. 512-526, Apr. 2000
【6】A.-C. Wong and C. T.-C. Nguyen, “ Micromechanical Mixer – Filters（” Mixlers ”）,” IEEE Trans. Microelectromechenical Systems, vol. 13, Issue 1, pp. 100-112, Feb. 2004.
【7】M. Motiee, R. R Mansour and A. Khajepour,“Novel MEMS filters for on – chip transceiver architecture, modeling and experiments,” Journal of Micromechanics and Microenhineering, vol. 16, Issue. 407-418, Feb. 2006.
【8】張碩, ”自動控制系統” ,台北市：鼎茂圖書,2001.
【9】S. D. Senturia, Microsystem Design, Massachusetts : Kluwer Academic Publishers, 2001.
【10】W.T. Thomson, Theory of Vibration with Applications, New Jersey : Prentice Hall, Enhlewood Cliffs, 1988.
【11】王耀賢, ” 矽基微懸臂樑帶通濾波器設計與模擬 ”, 碩士論文, 電機工程研
究所,義守大學,2008.
【12】王志湖, 電子電路分析入門 – 使用OrCAD PSPICE, 台中市：滄海書局,
2001.
【13】張無忌, 電路繪圖實習CAPTURE篇,台北縣：新文京開發, 2005.
【14】COMSOL Multiphysics User’s Guide.