收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于宏模型技术的MEMS系统级仿真研究

关乐  
【摘要】:随着微纳加工技术与集成电路制造工艺的不断发展与兼容,出现了CMOS-MEMS等多种新型集成制造工艺,使得MEMS产业从早期生产单个的MEMS器件发展到目前以片上系统(System on Chip, SOC)或者片内封装系统(System in Package, SiP)为代表性的,能实现MEMS功能结构器件与集成电路混合信号处理单元集成的复杂系统。MEMS中元器件的高集成度与系统功能的多样化要求面向MEMS的计算机辅助设计工具能够对MEMS整体行为进行快速建模和仿真分析。结构化设计思想的形成则使面向MEMS的系统级设计技术得到了长足的发展,目前应用基于MEMS宏模型技术的系统级设计工具来获得整个系统的行为特性已成为研究热点。本文结合目前MEMS系统中结构与电路单元的高度集成化与功能日趋复杂化的发展现状,重点针对MEMS多能量域耦合等非线性特点,主要做了以下研究工作: 基于结构力学等基本理论,利用解析法建立了线性梁、非线性梁、刚性平板、弹性平板、静电间隙、静电梳齿、“V”形驱动器等常用MEMS规则结构的解析宏模型。将自建宏模型利用MAST硬件语言描述,可放入到CoventorWare软件ARCHITECT模块中的模型元件库。利用自建的模型元件与商业软件元件库中提供的结构和电路元件,设计并优化了一种片内集成拉伸测试结构,系统级仿真结果与有限元模型相比较表明建立的解析模型精度较高。 提出了一种利用精化Arnoldi算法生成Krylov子空间,基于传递函数矩匹配原理在Krylov子空间上进行投影从而生成MEMS数值宏模型的方法。与传统Arnoldi方法相比精化投影方法能够提高对系统相关矩阵特征值的求解精度,相当于能更加准确的逼近系统传递函数的极点,得到的降阶模型精度更高,同时此方法还可以提高Krylov子空间降阶模型的有效阶数范围。利用Krylov子空间法建立了电热驱动微夹钳的电热结构耦合宏模型,仿真和实验结果表明了宏模型的有效性。 提出了一种新的求解MEMS非线性动力问题的MOR-PIM方法。将基于Krylov子空间投影等模型降阶方法(Model Order Reduction, MOR)应用于精细积分法(Precise Integration Method, PIM)中,通过对指数矩阵的降阶处理,提高精细积分法的计算与存储效率,使精细积分算法更适用于多自由度变系数强非线性、非保守MEMS动力学系统,为MEMS系统级仿真方法提供新思路。 根据MEMS CAD结构化的思想,结合精化Arnoldi算法和MOR-PIM方法,提出并开发了MEMS_DUT系统级仿真平台。整个过程以VC++6.0编译器为平台,通过对有限元软件ANSYS的二次开发建立器件有限元模型,利用封装MATLAB语言降阶算法得到的动态链接库对MEMS器件进行降阶以获取器件宏模型。将器件宏模型嵌入到系统级仿真平台仿真器Simulink中进行系统级仿真,来实现模拟分析整个系统的动态特性。 利用MEMS_DUT仿真平台,对电热驱动的片内集成微拉伸测试结构,电热驱动和静电驱动的片内集成疲劳弯曲测试结构等进行了系统级仿真,验证了本平台系统级仿真分析的整个流程以及在效率和准确性等方面的性能。最后对精化Arnoldi降阶算法以及系统级仿真平台MEMS DUT需要进一步完善和改进的内容提出了若干建议。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 徐炎冰,范真 ,丁建宁 ,李长生 ,凌智勇;MEMS模拟仿真研究和发展现状[J];现代制造工程;2004年12期
2 孙道恒;MEMS耦合场分析与系统级仿真[J];中国机械工程;2002年09期
3 杨晓光;姚伯威;张丽丽;;MEMS器件的计算机辅助设计方法和仿真研究[J];微计算机信息;2006年14期
4 王婧,张力,徐宗俊;PowerMEMS气体动压径向轴承承载能力的分析[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年02期
5 傅建国,王孝通,李博,金良安,马野;MEMS陀螺随机误差模型研究[J];传感器技术;2005年03期
6 张玉德,孙道恒;小波变换在MEMS降阶建模中的研究[J];厦门大学学报(自然科学版);2005年S1期
7 刘盛,刘家豪,傅建中,陈子辰;面向MEMS构件在线检测和三维外型测量的立体视觉系统[J];中国机械工程;2003年22期
8 霍鹏飞,苑伟政,马炳和;MEMS惯性传感器的系统级建模技术研究[J];西北工业大学学报;2004年04期
9 唐;美国防卫高级研究规划局提出研究终极传感器—MEMS尘埃![J];电子对抗技术;1997年04期
10 朱健,林立强,林金庭,吴汉俊,陈新宇;宽带微波MEMS开关[J];固体电子学研究与进展;2000年04期
11 ;采用MEMS微反射镜的硅眼[J];航空精密制造技术;2000年04期
12 徐向阳,刘斌;MEMS在汽车电器电子技术中的应用现状与发展趋势[J];汽车电器;2003年05期
13 孙磊,张河,周晓东;一种微机电(MEMS)引信安全系统[J];探测与控制学报;2004年02期
14 田文超,贾建援;MEMS微梁粘附“突陷”静力分析[J];机械科学与技术;2005年01期
15 谢晖,孙立宁,荣伟彬,陈立国;MEMS微装配机器人系统的研究[J];机械与电子;2005年03期
16 赵晓峰,温殿忠;MEMS研究与发展前景[J];黑龙江大学自然科学学报;2002年01期
17 韦定东,张兴周,于澎;基于MEMS光开关的光分插复用结构设计[J];应用科技;2002年11期
18 段润保,赵砚江,毛言理;微机械(MEMS)与微细加工技术[J];河北理工学院学报;2004年02期
19 霍鹏飞,马炳和,苑伟政;一种基于多端口组件网络的MEMS系统级建模方法[J];机械科学与技术;2005年02期
20 段海滨;王道波;;基于新型MEMS技术的实时飞行仿真系统微控制器设计与实现(英文)[J];应用基础与工程科学学报;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孙道恒;;MEMS耦合场分析与系统级仿真[A];第一届全国纳米技术与应用学术会议论文集[C];2000年
2 尤国平;田凌;郝文涛;;MEMS集成化设计方法及关键技术[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集(一)[C];2005年
3 陈伟平;揣荣岩;田丽;张丹;刘晓为;;MEMS及微系统的计算机模拟与辅助设计[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集(一)[C];2005年
4 陈新隽;刘晓平;戴若犁;刘昊扬;;多MEMS传感器的嵌入式姿态测量系统设计[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
5 梁杰;李中华;;MEMS的微管道流动特征数值模拟研究[A];2003空气动力学前沿研究论文集[C];2003年
6 于华男;张勇;马小艳;;制导弹药用MEMS惯性导航系统发展与关键技术综述[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年
7 张玉祥;李华成;马柳艺;;基于MEMS器件的交互笔运动跟踪研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
8 胡星星;滕云田;;基于MEMS传感器的小型智能化强震仪[A];中国地震学会第14次学术大会专题[C];2012年
9 李建飞;薛兵;张俊峰;朱小毅;王晓蕾;;应用于MEMS加速度计的小型恒温系统的实现[A];中国地震学会第14次学术大会专题[C];2012年
10 张文明;孟光;;MEMS旋转机械微转子结构的材料选用研究[A];第9届全国转子动力学学术讨论会ROTDYN'2010论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 关乐;基于宏模型技术的MEMS系统级仿真研究[D];大连理工大学;2011年
2 王笑一;基于系统级仿真的LTE关键技术研究[D];北京邮电大学;2010年
3 董良;MEMS集成室温红外探测器研究[D];清华大学;2004年
4 杨海波;多孔硅基MEMS非制冷红外探测器微结构与工艺研究[D];天津大学;2010年
5 张正元;射频微机械开关与放大器关键技术研究[D];重庆大学;2004年
6 王春田;MEMS数字检波器采集系统技术研究[D];中国地质大学(北京);2011年
7 杜广涛;新型MEMS磁敏传感器的研究[D];西南交通大学;2011年
8 王佩红;基于MEMS技术的微型电磁式振动能量采集器的研究[D];上海交通大学;2010年
9 肖功利;MEMS金属/电介质光子晶体的强透射特性研究[D];复旦大学;2009年
10 李庄;用于高场不对称波形离子迁移谱仪的MEMS振簧式静电计研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宿智娟;MEMS宽带毫米波天线阵列研究[D];上海交通大学;2010年
2 付宇辉;基于MEMS航位推算系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 曾昊骋;MEMS开关与频率可重构天线的研究与设计[D];电子科技大学;2010年
4 华晨辉;MEMS超声分离器的二维简正模式的研究及实验分析[D];电子科技大学;2010年
5 赵明锐;基于MEMS硅基底L波段微带天线的研究与设计[D];电子科技大学;2010年
6 孟丽娜;基于MEMS的微驱动器研制及其特性研究[D];黑龙江大学;2005年
7 苑海静;船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 牛凯;4×4MEMS光开关阵列的设计与实验研究[D];清华大学;2004年
9 赵磊;梳齿式MEMS光开关的分析与改进[D];西安电子科技大学;2010年
10 孙发威;扭臂式MEMS光开关的建模与优化[D];西安电子科技大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;测试会议聚焦MEMS[N];计算机世界;2003年
2 ;欧洲的MEMS工业[N];中国电子报;2002年
3 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 焦继伟;MEMS满足未来移动通信需要[N];中国电子报;2004年
4 易人;MEMS:小角色的大未来[N];计算机世界;2003年
5 刘恕;微机电系统:从能看到能用[N];科技日报;2005年
6 ;Intel悄然推出手机MEMS模块[N];计算机世界;2004年
7 本报记者 徐勐 通讯员 苏媛;国家高新区MEMS研究院落户淄博[N];淄博日报;2010年
8 ;传感器热衷于MEMS市场将加速整合[N];电子报;2008年
9 记者 卫新华;我市全面启动MEMS研发和产业化工作[N];重庆日报;2001年
10 中电元协敏感元器件与传感器分会秘书长 齐文杰;MEMS传感器进驻汽车发动机[N];中国电子报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978