SPICE-модели конденсаторных преобразователей физических величин

• Автор: Фёдоров, Роман Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 96 с. : ил.

Содержание

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Актуальность совместного моделирования преобразователей физических величин и электрических схем приема и обработки сигналов.

1.1 Возможности систем схематехнического моделирования.

1.2 Возможности систем моделирования МЭМС.

1.2.1 v проектирование МЭМС устройств на системном уровне

1.2.2 i библиотека для узлового метода

моделирования МЭМС.

1.2.3 инструмент моделирования МЭМС устройств

1.3 Примеры совместного моделирования электрических схем и МЭМС.

1.3.1 Моделирование беспроводного МЭМС микрофона.
1.3.2 Моделирование микромеханического конденсатора
1.3.3 Моделирование микромеханического конденсаторного микрофона
1.3.4 Моделирование системы на основе акселерометра с обратной связью
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1
ГЛАВА 2. Разработка и моделирование Iмодели дифференциальной ЕМС
2.1 Определение основных математических уравнений, описывающих поведение узлов дифференциальной ЕМС
2.2 Определение схемы замещения дифференциальной ЕМС
2.3 Расчет параметров резонансной ЕМС.
2.4 Моделирование резонансной ЕМС в составе электрической схемы.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2
ГЛАВА 3. Разработка и моделирование Iмодели электростатического конденсаторного микрофона
3.1 Определение основных математических уравнений, описывающих поведение узлов электростатического конденсаторного микрофона.
3.2 Моделирование Iмодели конденсаторного микрофона в составе электрической схемы.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3
ГЛАВА 4. Применение БРСЕмодели для практического проектирования специализированных ИС
4.1 Классификация СФ блоков
4.2 Практическое применение 8Р1СЕмодели ЕМС при разработке ИС.
4.3 Моделирование входной физической величины
4.4 Характеристики, полученные в результате моделирования 8Р1СЕмодели
электрстного микрофона в составе ИСМУ
Исходные установочные параметры, используемые при испытании ИСФИ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


ВВЕДЕНИЕ. ГЛАВА 1. Актуальность совместного моделирования преобразователей физических величин и электрических схем приема и обработки сигналов. Возможности систем схематехнического моделирования. Возможности систем моделирования МЭМС. МЭМС. Примеры совместного моделирования электрических схем и МЭМС. Моделирование беспроводного МЭМС микрофона. ГЛАВА 2. Расчет параметров резонансной ЕМС. Моделирование резонансной ЕМС в составе электрической схемы. ГЛАВА 3. Определение основных математических уравнений, описывающих поведение узлов электростатического конденсаторного микрофона. Моделирование SPICE-модели конденсаторного микрофона в составе электрической схемы. ГЛАВА 4. Практическое применение 8Р1СЕ-модели ЕМС при разработке ИС. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. Приложение 1. СФ блок - сложный функциональный блок - функционально законченный фрагмент ИС типа СНК, предназначенный для повторного использования, универсальный или специализированный по назначению, представляющий предмет интеллектуальной собственности и рыночный продукт и передаваемый другой стороне на языке высокого уровня, в виде логической схемы или топологической конструкции. При разработке интегральных схем (ИС) приема и обработки сигналов с преобразователей физических величин (ПФВ) большое значение имеет возможность высококачественного совместного их моделирования. Зачастую, проведение подобного моделирования обуславливает принципиальную возможность создания проекта, его качество, сроки и стоимость. Большое количество ПФВ, в настоящее время, выполняется в виде микроэлектромеханических систем (МЭМС). Наиболее известными программами предназначенными для проектирования МЭМС являются: Matlab, SUGAR, EM3DS, IntelliSuite, NODAS, ANSYS. Существуют программы способные проводить моделирование МЭМС с последующим определением электрических характеристик преобразователей. Наиболее широкими возможностями обладает программа CoventorWare, которая позволяет комплексно исследовать вопросы управления, механики и элекгроники МЭМС. Однако, в CoventorWare расчет модели устройства, составленной из электромеханических элементов, происходит по неизвестным разработчику соотношениям и зависимостям. Это осложняет анализ результатов моделирования и поиск правильного решения при разработке устройств. Следует отметить, что указанная программа имеет достаточно высокую стоимость. Это делает её недоступной для большинства отечественных разработчиков ПФВ и МЭМС на их основе. Для проектирования систем на основе ПФВ конденсаторного типа возможен более простой и дешевый подход, основанный на построении SPICE-модели ПФВ, учитывающий влияние электрической схемы и физической величины. Метод построения моделей основан на решении системы дифференциальных уравнений, описывающих поведение ПФВ в программе схемотехнического моделирования. ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - исследование и создание 8РІСЕ-моделей преобразователей физических величин конденсаторного типа для практического проектирования емкостных МЭМС и ИС приема и обработки сигналов. Разработать и исследовать характеристики сложных функциональных блоков ИС путем совместного моделирования электрической схемы и электростатического микрофона. Показана принципиальная возможность совместного моделирования дифференциальной емкостной микромеханической системы (ЕМС), электрической схемы управления и внешней физической величины. Разработанный комплекс математических и компьютерных операций позволяет создавать SPICE-модели конденсаторных преобразователей физических величин, проводить оптимизацию конструкции преобразователя, электрической схемы управления, приема и обработки сигнала с целью достижения высоких технических характеристик всей системы. Комплекс математических и компьютерных операций построения SPICE-моделей конденсаторных преобразователей физических величин. SPICE-модель конденсаторного микрофона, позволяющая моделировать перемещение металлизированной мембраны микрофона, звуковое давление и электрическую схему усиления сигнала.