硅微機械陀螺誤差建模理論與方法

目錄
前言
第一篇 導論
第1章 緒論 3
1.1 MEMS設計方法 5
1.1.1 自底向上設計方法 5
1.1.2 結構化設計方法 6
1.1.3 任意流程設計方法 7
1.2 微機械陀螺的發(fā)展 9
1.2.1 結構發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 9
1.2.2 工藝制造方法發(fā)展 17
1.2.3 測控電路發(fā)展趨勢 22
1.3 本章小結 32
參考文獻 33
第二篇 MEMS設計誤差宏建模理論與方法
第2章 可創(chuàng)成的MEMS設計技術 43
2.1 可創(chuàng)成的MEMS設計方法 43
2.1.1 設計方法架構 43
2.1.2 設計方法特點 44
2.2 可創(chuàng)成的MEMS設計方法關鍵技術 45
2.2.1 宏建模 45
2.2.2 參數(shù)化組件庫 47
2.2.3 方程自主定義 50
2.2.4 系統(tǒng)級多域異構建模與仿真 52
2.2.5 多尺度仿真技術 53
2.2.6 MEMS設計優(yōu)化 55
2.3 本章小結 56
參考文獻 56
第3章 線性與多域耦合MEMS宏建模方法 58
3.1 基于Krylov子空間投影的線性宏建模方法 58
3.1.1 宏建模原理 58
3.1.2 矩匹配原理 60
3.1.3 SISO系統(tǒng)宏建模方法 61
3.1.4 MIMO系統(tǒng)宏建模方法 64
3.1.5 二階MEMS系統(tǒng)宏建模方法 67
3.2 Hamilton原理與Lagrange動力學方程 72
3.2.1 Hamilton原理 73
3.2.2 Lagrange動力學方程 74
3.3 模態(tài)疊加原理 75
3.3.1 線性MEMS系統(tǒng)的模態(tài)振型及性質 75
3.3.2 線性MEMS系統(tǒng)的模態(tài)疊加原理 76
3.4 多域耦合MEMS宏模型提取 77
3.4.1 模態(tài)選取 77
3.4.2 能量函數(shù)計算 78
3.4.3 方程組裝與宏模型輸出 79
3.4.4 能量法的多能域擴展 80
3.5 本章小結 80
參考文獻 81
第三篇 結構誤差建模理論與方法
第4章 微機械陀螺組件設計 85
4.1 模態(tài)耦合與解耦分析設計 85
4.1.1 科氏效應 85
4.1.2 微機械陀螺簡化動力學模型 87
4.2 彈性梁結構設計 88
4.2.1 彈性梁設計需求 88
4.2.2 常見的彈性梁結構 89
4.2.3 彈性梁彈性系數(shù)計算 90
4.2.4 彈性梁線性度分析 94
4.3 本章小結 97
參考文獻 97
第5章 微機械陀螺拓撲結構 98
5.1 微機械陀螺參數(shù)設計 98
5.1.1 驅動及檢測結構設計需求 98
5.1.2 梳齒結構選取 99
5.1.3 微機械陀螺拓撲結構設計 100
5.1.4 微機械陀螺的結構參數(shù) 102
5.1.5 微機械陀螺的性能參數(shù)計算 103
5.2 微機械陀螺工藝版圖 110
5.2.1 基于異構宏建模的微機械陀螺建模與仿真 112
5.2.2 微機械陀螺工藝版圖設計 116
5.3 本章小結 118
參考文獻 119
第四篇 工藝誤差建模理論與方法
第6章 微機械陀螺的工藝難題及影響 123
6.1 根切及其對微機械陀螺的影響 123
6.1.1 根切產(chǎn)生原因 123
6.1.2 根切對微機械陀螺的影響 125
6.2 黏附及其對微機械陀螺的影響 128
6.2.1 黏附產(chǎn)生原因 128
6.2.2 黏附對微機械陀螺的影響 130
6.3 劃片破損及其對微機械陀螺的影響 132
6.3.1 劃片破損產(chǎn)生原因 132
6.3.2 劃片破損對微機械陀螺的影響 132
6.4 封裝應力及其對微機械陀螺的影響 133
6.4.1 封裝應力產(chǎn)生原因 133
6.4.2 封裝應力對微機械陀螺的影響 134
6.5 本章小結 137
參考文獻 137
第7章 基于SOI硅片的刻蝕工藝與免劃片技術 139
7.1 基于SOI硅片的干法刻蝕工藝 139
7.1.1 高深寬比DRIE工藝 139
7.1.2 Lag效應研究 144
7.1.3 Footing效應研究 149
7.2 刻蝕技術 151
7.2.1 雙面刻蝕技術 151
7.2.2 無壓差支撐片設計 151
7.3 免劃片技術 156
7.3.1 免劃片技術的實現(xiàn)原理 156
7.3.2 免劃片技術的版圖設計 157
7.4 微機械陀螺加工工藝流程 159
7.5 加工質量評估 165
7.6 本章小結 168
參考文獻 169
第五篇 測控電路誤差建模理論與方法
第8章 測控電路誤差理論分析 173
8.1 微機械陀螺系統(tǒng)基本組成 173
8.1.1 機械陀螺表頭 173
8.1.2 驅動模態(tài)控制電路 176
8.1.3 敏感模態(tài)檢測電路 176
8.2 熱啟動時間的慣性響應特性 177
8.2.1 高Q值下的熱啟動建模 178
8.2.2 熱啟動過程的頻率特性 182
8.2.3 Q值作用的熱啟動溫度特性 190
8.3 電路輸出零位組成 194
8.3.1 陀螺敏感模態(tài)輸出 195
8.3.2 阻尼不平衡零位分量 197
8.3.3 靜電力不平衡零位分量 199
8.3.4 寄生電容耦合零位分量 202
8.4 本章小結 203
參考文獻 204
第9章 測控電路設計方法 206
9.1 硅微機械陀螺接口電路設計 206
9.1.1 接口電路總體方案 206
9.1.2 接口電路模塊設計 207
9.1.3 電路整體仿真 214
9.2 振蕩抑制及溫度補償電路設計 215
9.2.1 敏感模態(tài)振蕩抑制電路設計 215
9.2.2 自檢測溫度補償電路設計 217
9.3 本章小結 222
參考文獻 222