MEMS加速度计设计

MEMS加速度计广泛用于汽车囊部署以及智能手机等消费电子产品的汽车。此外,对工业,航空航天和国防应用中的高端MEMS加速度计的需求不断增长,例如石油勘探,桥梁结构健康监测以及用于导航的惯性测量单元。

MEMS加速度计设计的挑战

从概念设计,优化和性能增强,科因文州MP.®可以模拟与成功的MEMS加速度计设计相关的各种关键规范。这些包括:

  • 概念研究证明,探索不同的设备配置
  • 灵敏度
  • 带宽
  • 噪音
  • 线性
  • 非线性物理,包括阻尼和整流误差
  • 抗冲击
  • 温度性能

举例来说,使用MEMS +模块中的多物理元素构建的加速度计模型科因文州MP.®如下所示。传感元件由两个弹簧悬挂在两端悬挂的穿孔梭子质量。四个梳理电容器连接到梭子质量,两个用于感测和两个用于力反馈控制。该模型是全参数的,因此可以改变设计参数以优化灵敏度,线性度和带宽。

MEMS +加速度计模型显示有色突出的惯性质量,感测和控制梳子,悬架和接触保险杠。

MEMS +加速度计模型显示有色突出的惯性质量,感测和控制梳子,悬架和接触保险杠。

MEMS.+模块有多种物理模拟的求解器,包括静态,模态,线性和非线性谐波分析和噪声分析。该模型也可以直接模拟Mathworks Matlab®通过使用脚本DOE模拟和优化算法迅速探索设计空间。在该示例中,梳状元件被配置为包括静电和挤压膜阻尼[1]。这使得能够模拟和绘制压力的带宽变化,此处使用MATLAB接口显示为MEMS.+。

在10000Pa腔压力下显示横向Y检测模式的梳形间隙压力变化的轮廓图。左手Inset Plot在1000Pa到100000Pa的压力范围内显示10个谐波扫描,通过Matlab界面在30S中模拟。垂直线标记3 dB点,其中带宽的变化用压力(右手插图图)绘制。

在10000Pa腔压力下显示横向Y检测模式的梳形间隙压力变化的轮廓图。左手Inset Plot在1000Pa到100000Pa的压力范围内显示10个谐波扫描,通过Matlab界面在30S中模拟。垂直线标记3 dB点,其中带宽的变化用压力(右手插图图)绘制。

带电路和系统模拟器的共模

使用COVENTOR独特的方法,加速度计可以与控制系统和/或运动传感电子一起共模。控制系统可以使用Mathworks Simulink建模建模®环境,利用标准Simulink Toolbox来优化系统性能。同样,传感电子器件可以通过装载来建模MEMS.+模型直接进入Cadence Virtuoso®,或自动导出模型MEMS.+到Veriloga模型,可用于兼容的模拟器。

Simulink示意图包含加速度计的<EM> MEMS </ EM> +模型,包括机电接触和非线性<EM>挤压</ EM>胶片阻尼。该模型连接到简单的二阶Sigma-Delta控制器,包括理想的比较器和D型锁存器。使用理想的开关从输出比特流生成两个抗相位反馈信号,并反馈到加速度计上的控制梳子。插入的范围图显示了输入加速度(上)和反馈控制电压(下)。

Simulink原理图包含MEMS.+加速度计的模型,包括机械接触和非线性电影阻尼。该模型连接到简单的二阶Sigma-Delta控制器,包括理想的比较器和D型锁存器。使用理想的开关从输出比特流生成两个抗相位反馈信号,并反馈到加速度计上的控制梳子。插入的范围图显示了输入加速度(上)和反馈控制电压(下)。

Coventor独特的设计平台耦合最佳的MEMS有限元和求解器支持。MEMS加速度计设计人员可以使用它来快速准确地探索今天的关键设计挑战。该平台提供了模拟复杂的多域,传感元件的多种物理行为及其相关电子设备的能力,并准确地预测灵敏度,带宽,噪声,控制回路稳定性等。

参考:

  1. “用于MEMS梳子结构的新型挤压薄膜阻尼模型”,亚历山大苏丁1,Arnaud父母1,Ilker E. Ocak2,Wajih U. Syed3.,aveek n. chatterjee4.,克里斯托弗韦拉姆1,双琴刘5.,军君5.,斯蒂芬布雷5.,Hyun-Kee Chang2,易卜拉欣(ABE)M. Elfadel3.,和zouhair sbiaa4.1Coventor Sarl,Villebon-Sur-Yvette,法国2新加坡,新加坡微电子研究所,A * Star(科学,技术和研究代理)3.阿布扎比马斯达尔科技学会阿布扎比4.Globalfoundries,新加坡和5.Coventor,Inc。,沃尔瑟姆,马,美国
请求演示
Baidu