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文檔簡介
1、MEMS器件的動態(tài)行為模擬一直是MEMS設(shè)計(jì)方法學(xué)中的一個重要研究課題,其目的是在不經(jīng)過工藝線流水加工的前提下,讓設(shè)計(jì)者對MEMS器件在實(shí)際運(yùn)用中的各種行為獲得最大程度的預(yù)知,從而為設(shè)計(jì)器件的幾何結(jié)構(gòu)與確定器件的工藝流程提供可靠的參考依據(jù)。傳統(tǒng)的以有限元分析為代表的MEMS器件數(shù)值模擬方法顯然無法適應(yīng)高效仿真的需要,基于器件級宏模型的節(jié)點(diǎn)分析法是目前MEMS器件主要的系統(tǒng)級模擬方法之一,但由于MEMS器件工作原理的復(fù)雜性和幾何結(jié)構(gòu)的多樣
2、性,各類器件級宏模型都存在一些局限,而且節(jié)點(diǎn)單元的劃分也缺乏普適的依據(jù)。這些都在一定程度上阻礙了MEMS器件的設(shè)計(jì)和運(yùn)用。本文著眼于機(jī)電耦合MEMS器件的物理機(jī)理,從受力的角度分析MEMS器件的動態(tài)力學(xué)行為,直接建立基于力學(xué)描述的等效電路,實(shí)現(xiàn)靜電驅(qū)動下MEMS器件的系統(tǒng)級仿真。 論文工作以機(jī)電耦合MEMS器件為對象,以基本力學(xué)描述為基礎(chǔ),以等效電路為工具,以機(jī)電耦合MEMS器件的共性分析方法為核心開展研究。本文首先進(jìn)行了機(jī)電耦
3、合MEMS器件的共性分析,即通過受力分析歸納出機(jī)電耦合MEMS器件所共有的力學(xué)圖像,并依據(jù)牛頓運(yùn)動定律,以信號流程圖的形式描述靜電驅(qū)動下MEMS器件的基本工作原理,初步地提出了基于MEMS器件的力學(xué)描述實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級仿真的思想。 研究工作以MEMS基本梁結(jié)構(gòu)——懸臂梁、固支梁,以及常見的MEMS器件——梳狀諧振器為分析對象,具體研究了建立等效力學(xué)描述與等效信號流程圖的過程,并在此基礎(chǔ)上以集總參數(shù)的電路網(wǎng)絡(luò)作為器件的系統(tǒng)級描述形式,通
4、過機(jī)電類比,構(gòu)建MEMS器件基于力學(xué)描述的等效電路。所依據(jù)的核心理論是能量原理和牛頓運(yùn)動定律,所運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)是利用受控源的反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)機(jī)電耦合作用。 論文對于各MEMS器件建立的基于力學(xué)描述的等效電路,采用Spice工具進(jìn)行了仿真,包括轉(zhuǎn)移特性分析,時域特性分析和頻域特性分析。同時與商用軟件CoventorWare中的系統(tǒng)級仿真工具——Architect中的Saber進(jìn)行同類型仿真所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證,并對誤差進(jìn)行了分
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