MEMS系统级建模/微纳系统系列译丛

本书是目前国内外唯一叙述微机电系统(MEMS)系 统级建模的专著。 MEMS技术发展对快速、高效及合适的设计工具提 出了迫切需求，以便优化包括MEMS元件、控制和读出 电路以及封装在内的完整系统性能。针对系统设计及 优化需求，本书全面论述了MEMS系统级建模技术，内 容共分五部分。第一部分介绍了MEMS宏模型建模技术 的理论基础，包括广义基尔霍夫网络理论基础，模型 降阶技术的理论背景，系统级仿真算法以及协同仿真 。第二部分介绍了基于集总单元的宏模型建模方法及 其在电热执行器、RF MEMS器件、封装效应、分布效应 上的仿真应用。第三部分介绍了各种数学模型降阶技 术，包括基于矩匹配的线性模型降阶技术及其在电热 模型中的应用，基于投影的模型降阶技术及其在微流 体、RF MEMS开关等模型中的应用，基于模态叠加的非 线性模型降阶技术及其在MEMS陀螺仪模型中的应用， 静电执行器的线性与非线性模型降阶技术。第四部分 介绍了完整系统的建模，包括含有压电换能器、电源 管理和储能组件的能量收集模块的系统级模型，含有 电路的RF MEMS开关和谐振器的系统级模型，含有加速 度计、数字控制器、RF收发器及电池的系统级模型， 含有加速度计、陀螺仪及∑△调制器的系统级模型。 第五部分介绍了商用软件中的系统级建模与仿真环境 ，包括Coventor软件的MEMS+，ANSYS软件的MOR for ANSYS，SUGAR，IntelliSuite软件的SYNPLE，MEMS Pro软件的SoftMEMSMS，及网络共享的设计方法。 本书由来自8个国家的44名专家撰写，内容丰富， 参考文献全面。适合微机电系统专业、微电子技术专 业、半导体技术专业、传感器技术专业、机械工程专 业、仪器仪表专业、物联网技术专业等领域的高年级 本科生、研究生及工程技术人员阅读和参考。

冯丽红(Lihong Feng)，德国马克斯·普朗克复杂技术系统动力学研究所(Max Planck Institute for Dynamics of Complex Technical Systems)由Peter Benner教授领导的系统和控制理论计算方法研究团队的课题组长。她在中国上海的复旦大学获得博士学位之后，加入了复旦大学专用集成电路(ASIC)国家重点实验室担任教师。2007—2008年，她作为洪堡学者在德国开姆尼茨理工大学的工业和技术数学研究团队从事相关研究工作。2009—2010年，她在德国弗莱堡大学微系统工程系的微系统仿真实验室从事研究工作。她的研究兴趣包括化学工程控制和优化的降阶建模与快速数值算法、MEMS仿真以及电路仿真。

第一部分 物理和数学基础 l 微系统建模概论 1.1 微系统的系统级模型需求 1.2 耦合多物理场微系统 1.3 多尺度建模与仿真 1.4 系统级模型术语 1.5 自动化模型降阶方法 1.6 复杂问题处理：参考VLSI范式 1.7 模拟硬件描述语言 1.8 系统级模型的一般属性 1.9 AHDL的仿真能力 1.10 可组合模型库 1.11 参数提取、模型验证和模型确认 1.12 总结 参考文献 2 利用广义基尔霍夫网络理论的MEMS系统级建模——基本原理 2.1 引言 2.2 微系统特定系统级建模的广义基尔霍夫网络 2.2.1 微器件及系统的通用建模方法 2.2.2 从连续场到宏模型 2.2.3 宏模型推导方法 2.3 应用1：基于物理的静电驱动泵的电流体宏模型 2.3.1 膜驱动的宏模型 2.3.2 阀的宏模型 2.3.3 管道的系统级模型 2.3.4 基于物理的微泵系统级模型 2.3.5 模型校准和参数提取 2.4 应用2：静电驱动RF MEMS开关 2.5 总结 参考文献 3 利用模型降阶法的MEMS系统级建模——数学背景 3.1 引言 3.2 概述 3.3 数学基础 3.3.1 标量、矢量和矩阵 3.3.2 向量空间、子空间、线性无关和基 3.3.3 拉普拉斯变换 3.3.4 有理函数 3.3.5 范数 3.4 数值算法 3.5 线性系统理论 3.5.1 传递函数 3.5.2 对任意两个不同LTI系统间偏差的测量 3.5.3 可控性和可观性 3.5.4 实现理论 3.5.5 系统的稳定性和无源性 3.6 模型降阶方法的基本思想 3.7 矩匹配模型降阶方法 3.7.1 矩和矩向量 3.7.2 投影矩阵W和V的计算