硅锗芯片降低245GHZ气体光谱系统成本

　　据外媒报道，莱布尼茨创新微电子研究所和德国航空航天研究中心DLR已经开发出一种紧凑型、高性价比的传感器系统，适用于245GHz频段内的气体光谱分析，也是业界首个在发射/接收器都使用硅锗(SiGe)集成电路的传感器系统。

　　如图所示，245GHz气体光谱系统的实验室设置，包括发射器/接收器模块,以及气体吸收池。

　　该机构称他们设计了一个低成本的系统来制造SiGe半导体---一个发射器和一个来制造的SiGe半导体接收器，工作在238GHz到252GHz的频率范围。由于这些设备采用标准硅工艺制造，整个过程是与半导体产业既定的那些标准基本兼容。一旦开始批量生产，就建立了技术基础，也意味着大幅降低成本，而目前气体传感器系统不可能达到的这样的价格水平。

　　该机构称，该应用的潜力巨大：在安全应用中，可用于检测有毒气体;还可以其他应用领域使用，如在化学过程控制，用于半导体工业的等离子蚀刻;在医疗领域，通过患者的呼吸气体分析，实现早期检测肺部疾病。

　　毫米波吸收光谱是一个较为成熟的实验室技术，用在分子光谱以及射电天文学领域，以准确地确定分子浓度。这一领域传统上采用RF源，如肖特基二极管和频率乘法器等，这种方法不仅笨重而且成本高，近年来逐渐采用基于毫米波倍频的方式，这样的系统更紧凑，但其价格仍然相对较高。

　　最近，美国一研究小组推出了一个商用毫米波成分的气体光谱系统----频率范围从210到270GHz，该系统费用由毫米波元组件的制造成本的搞定而定。因此，业界面临的挑战是基于现有的芯片技术，如硅锗或CMOS，来开发基于集成电路的传感器系统，以显著降低制造成本。

　　国际水文计划 IHP 的研究人员开发了基于SiGe技术的接收器和发射器的原型验证系统，系统工作在238GHz到252GHz的频段， “这是一个相对较窄的频率范围”，一名研究人员表示，“但毕竟这只是一个演示，未来将开发实现更实用的系统”。

　　该验证机采用了承载发射机和接收机模块的光具座，有效天线增益是通过一个透镜被放大。为便于气体光谱测量，在发射器和接收器之间设置了一个直径为0.6米气体吸收单元，接收器的中频信号被表示为发射频率的函数，使用现有的实验室测量技术。研究人员使用发射机和接收机集成的本地振荡器，其频率由外部PLL电路确定。两个PLL单元使用两个恒定偏移的参考频率，通过完整的扫描实现恒定的中频接收，这样能够检测到因为气体吸收导致的小振幅变化。