《VLSI系统设计》PPT课件

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1、VLSI系统设计第6章集成微系统（MEMS）（2011-2012）6.1MEMS器件概念一个例子:NMOSFET→谐振栅晶体管（RGT）.12去除SiO2MEMS器件电容变化引起沟道电荷变化。Q=CV和MOS管相比，工作原理发生变化。但仍是四端器件6.1MEMS器件概念一个例子:NMOSFET→谐振栅晶体管（RGT）.136.1MEMS器件概念微系统集成的问题.1工艺兼容性；材料复用性；描述一致性和仿真一致性；设计复杂性；处理电路多样性。MEMS-采样/放大；调制-解调；模数变换；数字信号处理；……46.1MEMS器件概念几

2、种简单的MEMS结构1.简单梁结构.156.1MEMS器件概念几种简单的MEMS结构1.简单梁结构.166.1MEMS器件概念几种简单的MEMS结构2.简单膜结构.176.1MEMS器件概念几种简单的MEMS结构3.多方向运动结构.186.1MEMS器件概念几种简单的MEMS结构.14.执行运动结构96.1MEMS器件概念几种简单的MEMS结构.1106.1MEMS器件概念几种简单的MEMS结构.1116.1MEMS器件概念多能域问题和复杂性设计问题单片集成系统=MEMS+电路描述:力学热学电学光学…..电学&微电子学版图&

3、微电子加工工艺仿真:FEM/BEMKCL/KVL.1126.1MEMS器件概念多能域问题和复杂性设计问题单片集成系统=MEMS+电路力学热学电学光学…..电学&微电子学版图&微电子加工工艺统一描述:协同仿真:SPICE建模等效电路网表电路网表基于KCL、KVL.1136.2集成微系统1、集成湿度传感器.2瑞士Sensirion公司SHT11/15型湿度／温度传感器146.2集成微系统1、集成湿度传感器.2156.2集成微系统1、集成湿度传感器.2传感器聚合物感湿材料介电常数随湿度而改变。导致电容大小改变。166.2集成微系统

4、2、集成加速度传感器.2176.2集成微系统2、集成加速度传感器.2静止极板与运动极板间距因加速度而变。导致电容大小改变。186.2集成微系统3、集成胎压传感器.2196.2集成微系统3、集成胎压传感器.2压力使极板间距改变。导致电容值改变。206.2集成微系统4、集成陀螺仪.2216.2集成微系统4、集成陀螺仪--执行器+传感器.2226.2集成微系统4、集成陀螺仪--执行器+传感器.2MEMS陀螺236.2集成微系统4、集成陀螺仪--执行器+传感器.2陀螺结构与原理哥氏力产生的非振动方向的运动引起梳齿相对运动。导致电容值

5、改变。246.2集成微系统5、集成数字微镜DMD--执行器.2256.2集成微系统5、集成数字微镜--执行器.2266.2集成微系统5、集成数字微镜--执行器.2单芯片投影系统三芯片投影系统276.2集成微系统5、集成数字微镜--执行器.2DMD是MEMS执行器的应用示例，利用寻址方式控制静电驱动方式工作。286.3微弱信号处理.3电容检测压阻检测压电检测隧道检测热流式检测技术谐振式检测技术光纤式检测技术296.3微弱信号处理电容检测.3传感电容～pf量级，电容变化～af量级噪声～信噪比问题设计低噪声，抗干扰能力强的微弱信号

6、检测电路是电容式传感器的关键之一电容的微小变化量转化为频率，电流，电压…C-F、C-I、PWM、C-V(电容电桥、开关电容法、电荷放大法)306.3微弱信号处理C-F方法.3多谐振荡器I1

7、容形式变化336.3微弱信号处理C-V法(电容电桥法).3差分346.3微弱信号处理C-V法(开关电容法).3在φ1为高电平时，C1和Cref放电，Cs充电。此时存储在Cs两端的电荷Qs为：在φ2为高电平时，C1和Cref充电，Cs放电。此时存储在Cref两端的电荷Qref为：C1上电荷Q1为：输出电压为:开关电容电路的形式非常多，但基本原理相同。356.3微弱信号处理C-V法（电荷放大法）.3电阻的作用是为运放提供直流反馈，使得反相输入为零。366.3微弱信号处理载波调制方法—单路载波.3两路电荷放大电路376.3微弱信号

8、处理载波调制方法—双路载波.3两路电荷求和采用高频载波进行调制，可以有效避开1/f噪声对电路的影响386.3微弱信号处理噪声处理—斩波技术.3使用调制技术将信号转到更高的频率，此频段放大器没有1/f噪声，然后在经过放大后解调回基带，由于斩波不会提高白噪声部分，所以斩波更适合低噪声电路。39