一种MEMS加速度计仿真

曹延磊

摘 要：针对采用Post CMOS工艺设计的MEMS 加速度计的结构进行仿真计算，最终得到：MEMS加速度计的质量块质量大小为2.53ug，感应方向的弹簧系统的弹性常数为2.1N/m，敏感方向上的自然谐振频率4600Hz，等效加速速度布朗噪声值58，机械灵敏度3.46fF/G。在200mv交流电压供给下，加速度计的电压输出灵敏度达到1.67mV/G。

关键词：MEMS；加速度计；仿真

1 MEMS加速度计的仿真

1.1 质量块

可移动部分主要有质量块和可移动电极构成。仿真得到质量数据m= 2.53ug。

1.2 弹簧系统弹性常数

加速度计的弹性常数影响了加速度计的多数性能指标，在进行模态分析之前先对弹簧系统的弹性常数进行模拟。边界条件不同的仿真软件有不同的设定方式，例如可以指定特定方向的加速度，或者指定域的力密度。

表1 弹性常数仿真

文献中指出典型的商用集成加速度计的普遍指标是： m=1μg，k=2N/m， fr=7.1kHz。当外界加速度为1G时，检测质量块有4.9纳米的位移。为了达到1mg的检测分辨率必须检测质量块0.0049nm的位移。本文的加速度计m=2.53μg，k=2.1N/m。当外界加速度为1G时，检测质量块有12.纳米的位移。为了达到1mG的检测分辨率，检测质量块有0.012nm的位移。因此从静态仿真的结果来看，本例的加速度计基本满足要求。在结构设计时，为了保留设计余量的值为0.97μm。如果在感应方向上形成0.97μm的位移。根据

（1）

外界需要提供的加速度为805m/s?。由静态加速度估算的量程为±80G，由于感应电极被氧化层包围的特殊结构，加速度计不用引入防止可移动电极和固定电极粘附的限位器。

1.3 阻尼系数

加速度计应该工作在合适的阻尼状态，从而可以使加速度计的响应状态确定。……