基于VHDL-AMS語言的MEMS系統(tǒng)級建模與仿真.pdf

1、微機電系統(tǒng)（MEMS）是一個多學(xué)科技術(shù)交叉的新興領(lǐng)域，在航空、航天、軍事等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。MEMS學(xué)科發(fā)展迅速，與其相對應(yīng)的設(shè)計方法與技術(shù)卻沒有同步地發(fā)展起來。傳統(tǒng)的在單一能量域內(nèi)進行建模與仿真的方法已不能滿足MEMS設(shè)計的要求，迫切需要對包括機械結(jié)構(gòu)、電子線路等多能量域的系統(tǒng)從整體（系統(tǒng)級）上進行設(shè)計分析。 本文針對上述問題，采用多端口組件網(wǎng)絡(luò)建模思想，建立了由標準硬件語言VHDL-AMS編碼的MEMS三維組件庫，用于MEM

2、S系統(tǒng)級的建模與仿真中。 研究了MEMS組件的結(jié)構(gòu)力學(xué)行為。針對慣性MEMS器件的建模，采用拉格朗日方程、結(jié)構(gòu)矩陣分析理論和剛體相對運動理論在三維空間內(nèi)建立了梁、質(zhì)量塊、錨點的行為模型。 研究了靜電-結(jié)構(gòu)耦合行為特性。在MEMS系統(tǒng)中，靜電-結(jié)構(gòu)耦合組件被廣泛應(yīng)用于微致動器和微傳感器中，是MEMS組件庫中必不可少的部分。這里從能量守恒原理出發(fā)，深入研究和分析了微尺度條件下導(dǎo)電結(jié)構(gòu)間的電容行為特性，建立了平板式可變電容器與

3、梳狀可變電容器的行為模型。 在上述工作的基礎(chǔ)上，建立了由VHDL-AMS硬件語言編碼的MEMS三維組件庫，包括梁、質(zhì)量塊、錨點、平板式可變電容器、梳狀可變電容器。給出了三維組件庫中所有單元的仿真，并采用有限元分析方法對所建組件模型進行了精確性驗證，誤差均在5%以內(nèi)。仿真結(jié)果表明所建模型能夠精確地描述相應(yīng)功能結(jié)構(gòu)組件的行為特性。 由上述建立的MEMS三維組件庫，對硅微引信固態(tài)安全系統(tǒng)中諧振器和發(fā)射保險MEMS器件與X軸加速