流體場等效電路建模.pdf

1、隨著MEMS設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析越來越不能滿足CMOS-MEMS的整體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)級仿真和分析對器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化必不可少。系統(tǒng)級仿真的重要方法之一就是建立等效電路。本論文針對工作在流體場內(nèi)的器件的物理特性，研究新的建立等效電路的方法，創(chuàng)新性地提出壓膜阻尼效應(yīng)和風(fēng)速傳感器溫度場的等效電路模型。
　　不同于傳統(tǒng)機(jī)電類比建立等效電路的方法，本文提出了一種新的適用于分布式參數(shù)的耦合電感單元矩陣結(jié)構(gòu)。以變壓器原理為理論基礎(chǔ)，提出包括初級

2、電感回路和次級電感回路單元矩陣在內(nèi)的新的電路結(jié)構(gòu)。利用結(jié)構(gòu)中次級回路電感與初次回路電感兩端電壓比值分布表征流體場中分布式物理量的分布，將流體域問題轉(zhuǎn)化為電域問題。
　　壓膜阻尼效應(yīng)是影響器件動(dòng)態(tài)特性的重要效應(yīng)。結(jié)構(gòu)垂直方向的運(yùn)動(dòng)使得膜下空氣層產(chǎn)生壓強(qiáng)分布。將分布量表征為矩陣形式，直觀地轉(zhuǎn)化為電壓分布。對于方形薄膜和雙端固支梁，其空氣層內(nèi)的壓強(qiáng)分布有不同的表征形式和計(jì)算方法。建立這兩種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)阻尼等效電路模型，將流體場行為以等效電

3、路模型形式進(jìn)行表征，可以無縫連接到外部電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級仿真。區(qū)別于傳統(tǒng)的有限元軟件分析或采用等效阻尼系數(shù)分析方法，本文利用流體場的等效電路模型進(jìn)行阻尼分析，其精度接近于有限元分析，效率接近于等效阻尼系數(shù)分析。
　　風(fēng)速風(fēng)向傳感器以相較于無風(fēng)狀態(tài)時(shí)的平衡溫度對稱分布，風(fēng)會(huì)引起熱平衡后表面溫度分布不再對稱的現(xiàn)象為原理。本文分析了恒溫差工作控制模式下的一維傳感器表面溫度分布，進(jìn)而推導(dǎo)出二維傳感器表面溫度場。文章采用耦合電感單元矩陣等效電路