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加速度传感器

时间: 2021-10-09

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SOLUTION


MEMS加速度传感器的设计



MEMS加速度计广泛应用于汽车安全气囊展开和消费电子应用,如智能手机。此外,在工业、航空航天和国防应用领域,如石油勘探、桥梁结构健康监测和导航惯性测量单元,对高端MEMS加速度计的需求不断增长。

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设计面临的挑战

以CoventorMP®MEMS+模块中的多物理元素建的加速度计模型为例,如下图所示。传感元件由两端由两个弹簧悬挂的有孔的梭子质量组成。四个梳状手指电容器连接到梭子质量,两个用于传感,两个用于力反馈控制。该模型是完全参数化的,因此可以改变设计参数,以优化灵敏度、线性和带宽。

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MEMS+模块有自己的多物理仿真求解器,包括静态、模态、线性和非线性谐波分析和噪声分析。该模型也可以直接在Mathworks MATLAB®中模拟,通过使用脚本DOE模拟和优化算法快速探索设计空间。在本例中,梳状元件被配置为包括静电和挤压膜阻尼[1]。这使得带宽随压力的变化可以被模拟和绘制,如图所示,使用MATLAB接口到MEMS+。

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电路和系统模拟器的联合仿真

使用Coventor的独特方法,加速度计可以与控制系统和/或运动传感电子设备共同模拟。控制系统可以使用Mathworks Simulink®环境建模,利用标准的Simulink工具箱来优化系统性能。同样,传感电子可以通过将MEMS+模型直接加载到Cadence Virtuoso®中来建模,或者从MEMS+自动导出模型到VerilogA模型,VerilogA模型可以在兼容的模拟器中使用。

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Coventor独特的设计平台将一流的MEMS有限元和求解器支持结合在一起。MEMS加速度计设计人员可以使用它来快速、准确地探索当今的关键设计挑战。该平台能够模拟传感元件及其相关电子元件的复杂多领域、多物理行为,并精确预测灵敏度、带宽、噪声、控制回路稳定性等。




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