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）是一個多學科技術交叉的新興領域，在航空、航天、軍事等領域有著廣泛應用。MEMS學科發(fā)展迅速，與其相對應的設計方法與技術卻沒有同步地發(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設計的要求，迫切需要對包括機械結構、電子線路等多能量域的系統(tǒng)從整體（系統(tǒng)級）上進行設計分析。 本文針對上述問題，采用多端口組件網(wǎng)絡建模思想，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組件的結構力學行為。針對慣性MEMS器件的建模，采用拉格朗日方程、結構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-結構耦合行為特性。在MEMS系統(tǒng)中，靜電-結構耦合組件被廣泛應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電結構間的電容行為特性，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)。仿真結果表明所建模型能夠精確地描述相應功能結構組件的行為特性。 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