VLSI系统设计PPT学习教案

1、会计学1VLSI系统设计系统设计（2）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.1第1页/共39页（3）.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。u MEMS-采样/放大；u 调制-解调；u 模数变换；u 数字信号处理；u 第2页/共39页（4）1. 简单梁结构.1第3页/共39页（5）1. 简单梁结构.1第4页/共39页（6）2. 简单膜结构 .1第5页/共39页（7）3. 多方向运动结构.1第6页/共39页（8）.14. 执行运动结构第7页/共39页（9）.1第8页/共39页（

2、10）.1第9页/共39页（11）6.1 MEMS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&微电子加工工艺仿真:FEM / BEMKCL / KVL.1第10页/共39页（12）6.1 MEMS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.1第11页/共39页（13）.2瑞士Sensirion公司SHT11/15型湿度温度传感器第12页/共39页（14）.2第

3、13页/共39页（15）.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。第14页/共39页（16）.2第15页/共39页（17）.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。第16页/共39页（18）.2第17页/共39页（19）.2 压力使极板间距改变。导致电容值改变。第18页/共39页（20）.2第19页/共39页（21）.2第20页/共39页（22）.2MEMS陀螺第21页/共39页（23）.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。导致电容值改变。第22页/共39页（24）.2第23页/共39页（25）.2第24页/共39页（26）

4、.2单芯片投影系统三芯片投影系统第25页/共39页（27）.2 DMD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。第26页/共39页（28）.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 光纤式检测技术第27页/共39页（29）.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)第28页/共39页（30） 2111211IICVVITTfSAB.3多谐振荡器I1I2

5、充电过程：开关闭合 11IVVCTdtdvciABS 放电过程：开关断开 122IIVVCTABS 第29页/共39页（31）SrefSSCVFI .3初始情况:Cs上电压为0；比较器输出为0，M1、M2截止。 有效:Cs上电压不能突变，比较器反相端为Vref ，比较器输出为Vss，M2导通。 Cs放电，比较器反相端趋于0，输出趋于0，M2截止。1 有效:Cs放电到0电压。2 第30页/共39页（32）.3传感器以差分电容形式变化第31页/共39页（33）.3ERRRRRRVSout 31322差分第32页/共39页（34）.3SrefSCVQ 在1为高电平时，C1和Cref 放电，Cs充电。

6、此时存储在Cs两端的电荷Qs为：在2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：refrefrefCVQ C1上电荷Q1为：输出电压为: refSrefCCVQ 1 1C/CCVVrefSrefout 开关电容电路的形式非常多，但基本原理相同。第33页/共39页（35）fiSfiOCVCCQV .3电阻的作用是为运放提供直流反馈，使得反相输入为零。fiOCdQdV1 第34页/共39页（36）.3两路电荷放大电路infSSinfSinfSoutVCCCAVCCVCCAV213213 第35页/共39页（37）.3两路电荷求和infSSinfSinfSoutVCCCVCCVCCV2121 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 第36页/共39页（38）.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。第37页/共39页（39）.3 MEMS技术将