基于SOI的電容式微加速度計的建模及系統(tǒng)級仿真.pdf

1、微加速度計是微慣性測量組合（包括微加速度計和微陀螺儀）的關鍵部件，在許多相關領域都有著廣闊的發(fā)展和應用前景。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已成為目前研究和分析的熱點，采用SOI技術的微加速度計不但具有較好的硅機械特性，而且使CMOS(互補金屬氧化物半導體，Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝與MEMS加工工藝能夠兼容，為加速度

2、計表頭與CMOS單片集成提供了可能，實現(xiàn)了慣性器件微型化、可集成化、易批量生產等優(yōu)點。
　　本文以電容式微加速度計為研究對象，主要進行了基于SOI技術的微加速度計的傳感器結構設計與建模仿真，并針對傳感器設計了相應的控制及檢測電路，在此基礎上進行了微加速度計的系統(tǒng)級仿真等研究。根據目前國內外MEMS慣性加速度計的發(fā)展現(xiàn)狀和國內加工工藝條件的限制，采用了一種基于SOI技術的梳齒狀偏置電容式微加速度計的結構；基于該結構，首先通過理論公式

3、的推導和分析，說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)和量程與結構參數(shù)和電路參數(shù)的關系，并對傳感器的關鍵部件彈性梁進行了選型和設計；利用MEMS軟件Coventorware建立了傳感器的參數(shù)化結構模型進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性特性的分析，對所設計的傳感器結構進行了驗證優(yōu)化；通過建立傳感器的動力學模型，分析了激勵電壓和偏置電壓在開環(huán)情況下和閉環(huán)情況下對微加速度計的性能參數(shù)和穩(wěn)定性的