VLSI系統(tǒng)設(shè)計6課件

VLSI系統(tǒng)設(shè)計第6章集成微系統(tǒng)（MEMS）

（2011-2012）（1）6.1MEMS器件概念

一個例子:NMOSFET→諧振柵晶體管（RGT）

.12去除SiO2MEMS器件電容變化引起溝道電荷變化。Q=CV和MOS管相比，工作原理發(fā)生變化。但仍是四端器件6.1MEMS器件概念

一個例子:NMOSFET→諧振柵晶體管（RGT）

.136.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結(jié)構(gòu)

1.簡單梁結(jié)構(gòu).156.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結(jié)構(gòu)

1.簡單梁結(jié)構(gòu).166.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結(jié)構(gòu)

2.簡單膜結(jié)構(gòu).176.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結(jié)構(gòu)

.14.執(zhí)行運動結(jié)構(gòu)96.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結(jié)構(gòu)

.1106.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結(jié)構(gòu)

.1116.1MEMS器件概念

多能域問題和復(fù)雜性設(shè)計問題

單片集成系統(tǒng)

=MEMS+電路

力學(xué)熱學(xué)電學(xué)光學(xué)…..電學(xué)&微電子學(xué)版圖&微電子加工工藝統(tǒng)一描述:協(xié)同仿真:SPICE建模等效電路網(wǎng)表電路網(wǎng)表基于KCL、KVL.1136.2集成微系統(tǒng)

1、集成濕度傳感器

.2瑞士Sensirion公司SHT11/15型濕度／溫度傳感器146.2集成微系統(tǒng)

1、集成濕度傳感器

.2156.2集成微系統(tǒng)

2、集成加速度傳感器

.2176.2集成微系統(tǒng)

2、集成加速度傳感器

.2靜止極板與運動極板間距因加速度而變。導(dǎo)致電容大小改變。186.2集成微系統(tǒng)

3、集成胎壓傳感器

.2196.2集成微系統(tǒng)

4、集成陀螺儀

.2216.2集成微系統(tǒng)

4、集成陀螺儀--執(zhí)行器+傳感器.2226.2集成微系統(tǒng)

4、集成陀螺儀--執(zhí)行器+傳感器.2MEMS陀螺236.2集成微系統(tǒng)

5、集成數(shù)字微鏡DMD--執(zhí)行器.2256.2集成微系統(tǒng)

5、集成數(shù)字微鏡--執(zhí)行器.2266.3微弱信號處理.3電容檢測壓阻檢測壓電檢測隧道檢測熱流式檢測技術(shù)諧振式檢測技術(shù)光纖式檢測技術(shù)296.3微弱信號處理

電容檢測.3傳感電容～pf量級，電容變化～af量級噪聲～信噪比問題設(shè)計低噪聲，抗干擾能力強(qiáng)的微弱信號檢測電路是電容式傳感器的關(guān)鍵之一電容的微小變化量轉(zhuǎn)化為頻率，電流，電壓…C-F

、C-I、PWM、C-V(電容電橋、開關(guān)電容法、電荷放大法)306.3微弱信號處理

C-F方法.3多諧振蕩器I1<I2充電過程：開關(guān)閉合放電過程：開關(guān)斷開316.3微弱信號處理

C-I方法.3初始情況:Cs上電壓為0；比較器輸出為0，M1、M2截止。有效:Cs上電壓不能突變，比較器反相端為Vref，比較器輸出為Vss，M2導(dǎo)通。Cs放電，比較器反相端趨于0，輸出趨于0，M2截止。有效:Cs放電到0電壓。326.3微弱信號處理

PWM方法.3傳感器以差分電容形式變化336.3微弱信號處理

C-V法(電容電橋法).3差分346.3微弱信號處理

C-V法(開關(guān)電容法).3在φ1為高電平時，C1和Cref放電，Cs充電。此時存儲在Cs兩端的電荷Qs為：在φ2為高電平時，C1和Cref充電，Cs放電。此時存儲在Cref兩端的電荷Qref為：C1上電荷Q1為：輸出電壓為:開關(guān)電容電路的形式非常多，但基本原理相同。356.3微弱信號處理

C-V法（電荷放大法）.3電阻的作用是為運放提供直流反饋，使得反相輸入為零。366.3微弱信號處理

載波調(diào)制方法—單路載波.3兩路電荷放大電路376.3微弱信號處理

載波調(diào)制方法—雙路載波.3兩路電荷求和采用高頻載波進(jìn)行調(diào)制，可以有效避開1/f噪聲對電路的影響386.3微弱信號處理

噪聲處理—斬波技術(shù).3使用調(diào)制技術(shù)將信號轉(zhuǎn)到更高的頻率，此頻段放大器沒有1/f噪聲，然后在經(jīng)過放大后解調(diào)回基帶，由于斬波不會提高白噪聲部分，所以斬波更適合低噪聲電路。39小結(jié)：.3