В данной статье описываем преимущества и возможности общей модели, а также ее создание для всех этапов маршрута проектирования.

Общая модель - эта единая модель, которая пройдет через все этапы проектирования микроэлектромеханических систем, начиная от концепции до оптимизации выхода годных изделий и корпусирования.

На рисунке 1, в описании маршрута проектирования появилась обратная стрелка, которая показывает, что единая модель может передвигаться между этапами вперед и назад. 

Рисунок 1. Единая модель для всех этапов маршрута проектирования

Создают эту единую модель с помощью инструмента MEMS+ компании Coventor (Lam Research). 

Модели MEMS+ является едиными для всего маршрута проектирования, позволяя передвигаться по этапам моделирования как вперед, так и обратно.

Возможности интеграции MathWorks и Coventor в одноименном разделе, мы покажем на примере МЭМС-акселерометра с дельта-сигма-модуляцией. 

На основе акселерометра мы создадим дельта-сигма модулятор 2-го порядка для управления обратной связью, с помощью которого объединим аналого-цифровое преобразование и управление с обратной связью в одной цепи (рисунок 2).

Рисунок 2. Дельта-сигма модулятор 2-го порядка для управления обратной связью

Модулятор – сложное устройство для аналитического анализа. Задачей разработчиков является улучшение чувствительности, полосы пропускания и снижение шумов.

В состав МЭМС акселерометра входят разные компоненты, как показано на рисунке 3. Во-первых, это подвижная масса (инерционная масса), она висит на подвесах, в качестве датчиков движения выступают гребенчатые конденсаторы. Также организован контроль обратной связи для контроля за положением подвижной массы, опять же реализованный через гребенчатые конденсаторы.

Рисунок 3. Пример для демонстрации возможности интеграции MathWoks с Coventor

Модель акселерометра создана из компонентов заданной формы (рис. 4) с адаптированной сеткой под МЭМС устройства, которые доступны в библиотеке MEMS+.

Рисунок 4. Проектирование МЭМС-акселерометра с помощью компонентов заданной формы с адаптированной сеткой

Акселерометр состоит из компонентов жесткой пластины. Используются жесткие пластины разной формы, в них также создаются отверстия (перфорации) в инерционной массе. При создании геометрической конструкции используется целый ряд компонентов жесткой пластиной. В других статьях будет продемонстрировано несколько примеров сложных конструкций МЭМС-устройств, созданных из различных форм жестких пластин.

Также есть и сложные компоненты, доступные в библиотеке. Как пример - гребенчатые структуры для создания гребенчатых пальцев. Они также могут быть разной формой. Могут быть прямыми и изогнутыми, их количество изменяется, меняется их периодичность.

Также есть и отдельные компоненты для создания подвесок акселерометра. Для создания пружинных демпферов есть целый ряд многослойных компонентов, некоторые из которых вы можете увидеть на слайде. Они также разной формы, с использованием различных материалов.

Более подробно о компонентах и библиотеке компонентов мы рассказываем в видео о MEMS+ на нашем ютуб канале.

Модель данного акселерометра доступна в директории с другими примерами моделей МЭМС-устройств, которая доступна при установке системы CoventorMP.

В следующей статье продемонстрируем ряд различных анализов для всех этих этапов проектирования и покажем все эффективные возможности, которыми можно пользоваться, когда у вас есть одна единственная модель.

Проектирование устройств и систем занимаем минуты, или даже секунды, когда используется одна и та же модель на всех этапах. С помощью данной методологии мы сможем определить для себя компромисс между линейностью и диапазоном чувствительности на детализированной геометрической конструкции, а также провести различного рода анализы, и, например, определить, смещение при нулевом ускорении из-за тепловой деформации корпуса.

Вся информация на русском языке по проектированию микроэлектромеханических систем в CoventorMP доступна на нашем сайте - scanru.ru.