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基于微测辐射热计宏模型的基础IP库研究

胡晓  
【摘要】:微测辐射热计型非制冷红外焦平面阵列(IRFPA)是典型的单片集成微机电系统(MEMS)。具有悬空桥式结构的微测辐射热计通过MEMS工艺直接制备在读出集成电路(ROIC)晶圆上。现阶段,微测辐射热计和ROIC无法在同一设计平台进行系统级设计和仿真。微测辐射热计器件的设计,一般是采用有限元法(FEM)设计仿真工具;而ROIC的设计,则采用电路设计仿真工具。二者的设计无法在同一平台上完成,造成微测辐射热计的设计和后端ROIC的设计脱节,无法进行微测辐射热计的系统级设计,也就不能对微测辐射热计系统的整体性能进行评估。这导致微测辐射热计的设计周期长,浪费人力、物力,制约了微测辐射热计的快速发展。本文就如何建立起微测辐射热计器件设计与电路设计之间的联系,实现系统级仿真进行了相关研究。本文通过对微测辐射热计进行电学、热学分析,建立起微测辐射热计等效电路宏模型,运用硬件描述语言Verilog-A将其进行描述,以此为基础在电路仿真软件Cadence Virtuoso中建立起微测辐射热计的基础IP库。为了对建立起来的基础IP库进行验证,本文采用有限元分析和理论计算提取了微测辐射热计的重要参数:热容、热时间常数、热导、器件初始电阻和电阻温度系数,将参数添加到微测辐射热计基础IP库中,并在仿真器Spectre中对IP库的输出特性进行分析,仿真结果与理论预期一样。这证明了本篇论文所建立起来的微测辐射热计基础IP库能够表征微测辐射热计的主要性能,能够在系统级设计仿真中代替微测辐射热计器件与后端ROIC完成系统级设计。在系统级设计时,通过在IC仿真环境中调用这个微测辐射热计的基础IP库,实现器件和ROIC在同一平台上进行设计仿真,从而实现了微测辐射热计的系统级设计,节约了仿真时间,并为器件的制备提供可靠参考,提高了设计效率。


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