VLSI系統(tǒng)設計6課件

VLSI系統(tǒng)設計第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結構

1.簡單梁結構.156.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結構

1.簡單梁結構.166.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結構

2.簡單膜結構.176.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結構

.14.執(zhí)行運動結構96.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結構

.1106.1MEMS器件概念

幾種簡單的MEMS結構

.1116.1MEMS器件概念

多能域問題和復雜性設計問題

單片集成系統(tǒng)

=MEMS+電路

力學熱學電學光學…..電學&微電子學版圖&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諧振式檢測技術光纖式檢測技術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～信噪比問題設計低噪聲，抗干擾能力強的微弱信號檢測電路是電容式傳感器的關鍵之一電容的微小變化量轉化為頻率，電流，電壓…C-F

、C-I、PWM、C-V(電容電橋、開關電容法、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：開關閉合放電過程：開關斷開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.3使用調(diào)制技術將信號轉到更高的頻率，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：.3