基于SOI的電容式微加速度計(jì)的建模及系統(tǒng)級(jí)仿真.pdf

1、微加速度計(jì)是微慣性測(cè)量組合（包括微加速度計(jì)和微陀螺儀）的關(guān)鍵部件，在許多相關(guān)領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。特別是基于SOI(絕緣襯底上的硅，Silicon on insulator)的電容式微加速度計(jì)已成為目前研究和分析的熱點(diǎn)，采用SOI技術(shù)的微加速度計(jì)不但具有較好的硅機(jī)械特性，而且使CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝與MEMS加工工藝能夠兼容，為加速度

2、計(jì)表頭與CMOS單片集成提供了可能，實(shí)現(xiàn)了慣性器件微型化、可集成化、易批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文以電容式微加速度計(jì)為研究對(duì)象，主要進(jìn)行了基于SOI技術(shù)的微加速度計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模仿真，并針對(duì)傳感器設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制及檢測(cè)電路，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了微加速度計(jì)的系統(tǒng)級(jí)仿真等研究。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外MEMS慣性加速度計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)加工工藝條件的限制，采用了一種基于SOI技術(shù)的梳齒狀偏置電容式微加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)；基于該結(jié)構(gòu)，首先通過(guò)理論公式

3、的推導(dǎo)和分析，說(shuō)明了其具體的工作原理，建立了器件的分辨率、靈敏度、阻尼系數(shù)和量程與結(jié)構(gòu)參數(shù)和電路參數(shù)的關(guān)系，并對(duì)傳感器的關(guān)鍵部件彈性梁進(jìn)行了選型和設(shè)計(jì)；利用MEMS軟件Coventorware建立了傳感器的參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行傳感器的仿真分析，包括靜力分析、模態(tài)分析和平板電容器的非線(xiàn)性特性的分析，對(duì)所設(shè)計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證優(yōu)化；通過(guò)建立傳感器的動(dòng)力學(xué)模型，分析了激勵(lì)電壓和偏置電壓在開(kāi)環(huán)情況下和閉環(huán)情況下對(duì)微加速度計(jì)的性能參數(shù)和穩(wěn)定性的