电容式加速度传感器

该部分以某加速度计作为案例，呈现COVENTOR软件对加速度计各项指标的仿真能力。

1.模态仿真

对加速度计结构进行模态分析，得到各阶频率值及各阶振型。

图1 加速度计模型 & 一阶模态

2.加速度计线性度仿真

用CoventorWare和MEMS+均可得到不同的加速度载荷下集总质量块的位移及归一化电容值，从而得到加速度计的线性度。

图2 质量块位移Vs.加速度 & 电容值Vs.加速度

3.阻尼分析

采用CoventorWare的Stokes Solver计算加速度传感器模型中的气体阻尼系数。

图3 加速度传感器中的气体阻尼

4.频率响应

采用MEMS+进行谐响应仿真得到加速度计的频率响应。加速度传感器的谐振频率为9.58KHz，阻尼比为13.3%。

图4 幅频相频曲线

5.灵敏度分析

采用系统级仿真软件MEMS+，把加速度计的MEMS+模型导入cadence virtuoso中进行MEMS+IC协同仿真，从而得到加速度传感器的灵敏度。求得加速度传感器的灵敏度为18.5mV/g(Vdd=5V)。

图5 MEMS+ cadence virtuoso协同仿真

图6 灵敏度分析

6.噪声分析

采用MEMS+与cadence virtuoso协同仿真进行噪声分析。在加速度计MEMS+模型中加入因气体阻尼产生的Johnson-Nyquist噪声，然后与cadence virtuoso协同进行噪声分析。

图7 MEMS+与cadence virtuoso协同进行噪声分析

7.闭环控制协同仿真

采用系统级仿真软件MEMS+，把加速度计的MEMS+模型导入MATLAB Simulink中进行闭环控制仿真。

图8 MEMS+与Simulink协同进行闭环控制仿真

8.CV曲线

采用Coventor强大的机电耦合分析功能绘制CV曲线。

图9 MEMS+仿真值与测试值对比

9.MEMS封装效应的分析

加速度传感器与封装模型一起进行有限元分析，分析结果导入MEMS+分析，得到温度对加速度传感器零位偏移的影响。

图10 三轴加速度计+封装FEA

零位偏移Vs.温度