用于传感应用的石英MEMS谐振器的Pound-Drever-Hall频率锁定技术

《IEEE Sensors Letters》：Pound-Drever-Hall Frequency Locking of a Quartz MEMS Resonator for Sensing Applications

　　

Pound-Drever-Hall（PDH）是一种常用的方法，用于控制许多应用中的激光系统频率，包括传感。PDH及其衍生技术的分辨率、精度和带宽特性使其在需要灵敏度和稳定性的场合得到广泛应用。通常，该技术通过伺服系统将频率调制激励的载波频率锁定到设备的共振频率，从而最小化调制频率下的反射功率。在这项工作中，PDH被用来跟踪一个26 MHz石英微机电系统（MEMS）的共振频率，该系统的负载Q值约为10⁵。被动谐振器电路采用现成组件制成，并包含一个定向耦合器以隔离反射电压以便测量。控制环路通过基于FPGA的仪器实现。PDH-MEMS谐振器系统在5秒的平均时间内，对于25°C的温差，其艾伦偏差（Allen deviation）低于10^-8 dB；在35毫秒的稳定时间内，对35毫秒的干扰能够达到-8 dB的抑制效果。此外，还研究了晶体的共振频率在加热和冷却循环过程中的变化，以表征其温度敏感性。这项工作为未来的高性能MEMS谐振传感器提供了一种架构。