如何利用Tanner MEMS參數(shù)化基本單元庫，迅速創(chuàng)建復(fù)雜的表面微加工或流體MEMS器件

即便您要重新設(shè)計傳動電機的MEMS傳感器，目標也是讓工作盡可能輕松快捷地完成。利用Tanner L-Edit中的MEMS庫，您可以從大量MEMS器件不同的基本單元中進行選擇，然后迅速裝配出您的MEMS版圖。采用Tanner設(shè)計工具，您可以運用圖1所示設(shè)計流程，來設(shè)計一個完整的“設(shè)計即正確”的MEMS流程。

圖1：MEMS創(chuàng)建設(shè)計流程

MEMS創(chuàng)建領(lǐng)域存在多種傳統(tǒng)設(shè)計流程。圖1顯示了一個自上而下的設(shè)計流程，其連接了MEMS設(shè)計所需的不同設(shè)計領(lǐng)域。此流程為設(shè)計團隊提供了一種無縫解決方案，幫助其整合數(shù)字設(shè)計、模擬設(shè)計和MEMS器件到一個IC芯片里。

初始步驟：創(chuàng)建并驗證電路圖

首先，在S-Edit電路圖編輯器中為MEMS器件創(chuàng)建一個新單元，然后在測試電路中連接構(gòu)成該器件的基本單元symbol。接下來利用T-Spice分析設(shè)計，并通過W-Edit波形查看器檢查工作情況的波形，以確定器件是否符合預(yù)期。

指定層信息

對電路圖滿意之后，利用L-Edit創(chuàng)建MEMS器件的物理版圖。在L-Edit中，您可以使用MEMS庫中的MEMS基本單元器件。

您可以控制各基本單元的層信息，以及指定兩類基本MEMS元器件的層信息：

? 表面微加工。您可以指定結(jié)構(gòu)層數(shù)并定義各層的參數(shù)。您還可以指定各層的設(shè)計規(guī)則，例如間距、包圍和最小線寬要求。

? 流體通道。您可以指定結(jié)構(gòu)層數(shù)，以及定義MEMS庫中各流體基本單元對應(yīng)的參數(shù)集。

此層信息會自動應(yīng)用于MEMS庫中的各相關(guān)基本單元。

利用MEMS庫創(chuàng)建基本單元

MEMS庫包含40多種用于MEMS器件版圖布局的參數(shù)化基本單元?；締卧S著工具的每次新版本發(fā)布而持續(xù)增加。MEMS庫提供的基本單元按類別分組，如表1所示。

表1：可用基本單元

要創(chuàng)建MEMS器件，只需利用Library Palette從MEMS庫中選擇各基本單元，如圖2所示。

圖2：利用Library Palette裝配MEMS器件以獲得版圖

例如，要創(chuàng)建一個橫向梳齒驅(qū)動諧振器，請將所需的基本單元實例調(diào)用，然后在版圖中進行連接。為了說明該流程的簡單直接性，我們可以創(chuàng)建一個MEMS換能器；利用其諧振頻率對物理參數(shù)的高靈敏度，將它變成一個傳感器。圖3描述了創(chuàng)建步驟：

1. 實例調(diào)用Plate。2. 實例調(diào)用一個梳齒驅(qū)動器并復(fù)制一個。3. 將這兩個梳齒驅(qū)動器連接到Plate。4. 實例調(diào)用折疊彈簧，將其翻轉(zhuǎn)并復(fù)制一個。5. 將這兩個折疊彈簧連接到Plate。6. 實例調(diào)用Ground Plate，將其連接到適當層上的結(jié)構(gòu)。7. 實例化三個焊盤，將其連接到適當?shù)膶雍驮?. 對于每個實例化基本單元，調(diào)整其參數(shù)以滿足您的需求（參見下一節(jié)）。

圖3：已完成的橫向驅(qū)動諧振器

更改參數(shù)

您可以更改任何已定義參數(shù)以影響MEMS結(jié)構(gòu)的各元件。例如，圖4顯示了更改一個諧波側(cè)驅(qū)動型電機基本單元的關(guān)鍵參數(shù)之后，版圖立即改變。

圖4：通過僅調(diào)整一個參數(shù)快速改變電機基本單元

利用參數(shù)化基本單元，您可以迅速構(gòu)建MEMS結(jié)構(gòu)。方法是，實例調(diào)用基本單元、復(fù)制粘貼、改變方向以及更改參數(shù)，從而制作特定基本單元。各基本單元包含一組默認參數(shù)值，您可以利用這些值來快速布局基本單元，然后選擇各基本單元并更改其參數(shù)。

設(shè)計您自己的基本單元

MEMS庫包含40多種基本單元，您可以將其運用于MEMS結(jié)構(gòu)中。但是，MEMS設(shè)計的世界非常廣袤，有時候您可能需要定義自己的基本單元，并將其放在Library Palette上以供您的團隊使用。圖5顯示了自行設(shè)計基本單元的流程。

圖5：自行設(shè)計基本單元的流程概覽

自行創(chuàng)建基本單元的步驟如下：

1. 制作一個電路圖symbol。利用S-Edit定義該symbol實體、屬性和端口。2. 創(chuàng)建SPICE模型。為了在T-Spice中仿真該基本單元，您需要定義SPICE模型。MEMS器件可以是多域系統(tǒng)： 電氣和非電氣。這要求定義SPICE電氣變量與非電氣域變量之間的映射。例如，Plate上的壓力可映射為電氣域中的電流。3. 編寫版圖生成器。利用C編程語言和L-Edit UPI調(diào)用為自定義基本單元定義一個版圖生成器。C程序接受基本單元參數(shù)并生成所需的版圖信息。結(jié)束流程利用L-Edit中的Library Palette建構(gòu)MEMS器件版圖之后，還有最后幾步要完成，如圖6所示。

圖6：完成MEMS設(shè)計的步驟

這些步驟包括：

? 建立連接關(guān)系。結(jié)束流程時，一個常被忽略的步驟是建立基本單元之間的連接以便正確提取SPICE網(wǎng)表。對于每個利用Library Palette實例化的基本單元，會自動創(chuàng)建正確的端口。L-Edit可以在兩個或多個基本單元端口之間建立連接。在諧振器示例中，您應(yīng)將Plate的一個端口連接到梳齒驅(qū)動器之一的一個端口。

? 版圖提取。利用L-Edit提取版圖會產(chǎn)生一個由MEMS器件和連接信息構(gòu)成的SPICE網(wǎng)表。采用此提取信息來比較版圖和電路圖（即所謂“版圖與電路圖比較”或LVS）。

? 電路圖提取。對于LVS，利用S-Edit提取電路圖網(wǎng)表。此網(wǎng)表包含器件描述、連接和幾何參數(shù)。

? 執(zhí)行LVS。利用LVS工具，您可以比較版圖和電路圖以確保二者描述的是同一器件。

您創(chuàng)建的每個MEMS器件都可以根據(jù)制造工藝進行調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)符合設(shè)計規(guī)則。L-Edit允許您從一組預(yù)定義制造工藝中進行選擇。工藝信息包括層定義、設(shè)計和提取規(guī)則、模型參數(shù)值、宏以及工藝定義。

三維分析和系統(tǒng)級仿真

利用已完成的版圖數(shù)據(jù)，您可以自動生成器件的三維視圖。與三維視圖互動并添加技術(shù)信息，再將設(shè)計發(fā)送給第三方三維分析工具以檢查多個域（例如機械、熱和靜電）之間的物理相互作用。然后，您可以提取MEMS器件的行為模型，以便基于三維分析數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)級仿真。

結(jié)語

利用Tanner MEMS參數(shù)化基本單元庫，您可以迅速創(chuàng)建復(fù)雜的表面微加工或流體MEMS器件。通過在L-Edit中實例化各基本單元、設(shè)置參數(shù)以及組裝版圖，您可以快速定義并分析器件?；蛟S您是在重新設(shè)計MEMS電機的傳感器，但運用Tanner工具集，您可以盡可能快地完成任務(wù)。