非理想矩形锚单元的节点分析法.pdf

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1、第26卷第5期传感技术学报Vo1．26No．5CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMav20132013年5月ANodalAnalysisMethodforANon—idealRectangularAnchorLIMin’，ZHANGJiahong，LIUQingquan，LIUHeng’(1．肋ngsuKeyLaboratoryofMeteorologicalObservationandSignalProcessing，Nanjing210044，China；2．SchoolofElectronicandIn

2、formationEngineering，NangUniversityofInformationScienceandTechnology，Nanjing210044，China)Abstract：Inordertoperformsimulationofnon—idealanchoreffectinnodalanalysisforMEMSdesigner，anodalmodelforthenon—idealrectangularanchorandcorrespondingequivalentcircuitaredevelopedbyHspiceb

3、asedonTimoshenkobeamtheoryandweightedresidualmethod．System—levelsimulationofanelectrostaticactuatorconstitutedbythenodalunitsareperformedbyHspice．ItprovesaccurateincomparisonwithFEAsimulationresuhs．Themodelalsodemonstrateditsabilitytosimulatetheimpactofnon—idealrectangularan

4、choronstaticanddynamiccharacteristicsofMEMS．Keywords：non—idealrectangularanchor；nodalanalysismethod；weightedresidualmethod；Timoshenkobeamtheory；MEMSEEACC：2575；8460doi：10．3969／i．issn．1004-1699．2013．05．011非理想矩形锚单元的节点分析法冰李敏，张加宏，刘清倦，刘恒(1．江苏省气象探测与信息处理重点实验室，南京210044；2．南京信息工程大学，电子与

5、信息工程学院，南京210044)摘要：为了在节点化设计方法中考虑非理想锚效应，采用铁木辛柯梁理论和加权余量法建立了非理想矩形锚单元的节点化模型，在Hspice中构建了相应的等效电路。结合已有单元模型，实现了静电执行器的系统级仿真，与有限元模拟结果吻合较好，可模拟出非理想矩形锚对系统静态和动态特性的影响。关键词：非理想矩形锚；节点法；加权余量法；铁木辛柯梁理论；MEMS中图分类号：TN401；TN402文献标识码：A文章编号：1OO4—1699(2O13)05—0647-07锚单元是RF开关、微加速度计、压力传感器、化提高锚区的刚度来达到目的，这

6、代表了处理非理光开关、热执行器等MEMS器件中的常见结构。在想锚效应的一类折中方法，事实上锚区效应是很难这类器件的宏模型研究中，由于构建整体模型在数完全消除的，但这类研究对具体器件的设计是有着学处理上较为复杂，锚单元通常是默认为理想固支重要意义的。另一种常用方法就是通过数值分析构边界条件进行处理的，即认为锚单元的刚度为无穷建出器件的行为模型，达到定量计算非理想锚效应大，从而忽略了非理想锚效应对系统特性的影影响下器件特性的目的，Lishchynska和D0等响1-4]。然而，大量研究表明，非理想锚效应对器件人_1的研究方法即属于该类型。这种处理方

7、式的性能的影响通常不可忽视，例如RF开关，非理想固优点是能够针对具体类型器件建立比较精确的模支的锚通常会降低其吸合电压和特征频率，而柱形型，缺点是模型的通用性和复用性不佳，且不能直接支撑和阶梯型锚结构的影响尤为明显。。戎华等与电路一起进行系统级仿真，如能用节点法对非理人为了尽可能减小其影响，使得在其研究的器件想锚结构进行研究，这一问题将会得到解决。宏模型中能够将锚区作为理想固支边界条件进行处MEMS节点法是一种用于实现MEMS系统级分理，针对锚结构的改进开展了研究工作，通过结构优析与优化设计的方法，其特点是建模快速、单元复用项目来源：国家公益性

8、行业(气象)科研专项项目(GYHY200906037)；国家自然科学基金项目(41075026，61001044)；江苏高校优势学科建设T程项目；东南