MEMS技术 第六讲 噪声与器件的性能.ppt

MEMS和微系统设计 课程的基本目的 掌握MEMS设计的基本过程 掌握mems机电及其耦合分析的基本理论 掌握机电结构微器件的性能分析方法 了解热、流体的基本理论 了解MEMS的发展前沿知识 培养对MEMS的兴趣 课程内容 MEMS概述及MEMS设计的概述 工艺简要回顾 系统设计、工艺设计及版图设计 主要的机械、电子元件及其设计基础 多域耦合设计：以机电耦合为例子 器件性能的估计 简单的其他域的元件及其简要设计要点 设计实例 本章提纲 噪声处理的基本知识和类型 器件的分辨率 系统的分辨率 Noise Noise: Random fluctuation of a given parameter I(t) In addition, a noise waveform has a zero average value Noise Spectral Density We can plot the spectral density of this mean-square value: Circuit Noise Calculations Deterministic: Random: Handling Noise Deterministically Can do this for noise in a tiny bandwidth (e.g., 1 Hz) Systematic Noise calculation procedure Systematic Noise Calculation Procedure 噪声源 干扰噪声（理论可消除：隔离和共地） 机械噪声（thermal noise : brownian noise） 电噪声 thermal noise (johnson noise) shot noise (散粒噪声） 1/f noise Mechanical (Brownian) Noise Impinging molecules give rise to a Brownian noise force: Electronic Noise Sources Thermal noise in resistors generated by random motion of electrons or holes white spectral density (up to 10 THz) Thermal Noise (cont.) Resistor Noise in MEMS Flicker (1/f) Noise MOSFET Noise sources MOSFET Noise source (cont.) SNR and DR, Defined Signal and Noise waveforms 本章提纲 噪声处理的基本知识和类型 器件的分辨率 系统的分辨率 对简单模型加速度计噪声的估计 Vout-n=[(Vs-n+Ve1-n)A1+Ve2-n]*A2 Vout-n是电路最终输出的噪声； Vs-n是sensor-noise; Ve1-n, Ve2-n是一级放大器和二级放大器的电噪声； A1和A2是一级和二级放大器的放大倍数。 按照等效噪声的功率谱计算办法，这些信号将成平方关系，这也解释了为什么放大器一般采用二级放大，而且第一级一般采用低噪声低倍数放大的缘故。 上式还可以看出传感器的灵敏度是可以放大的，但分辨率和信躁比是不可以放大的。 例子： Resolution=noise (equivalent output) / sensitivity, unit is the same as input, amplify will not be useful for the resolution, but for sensitivity. (X*A1+Ynoise-equitvalent)*A2+ Yele-equitvalent=Y, X is input, Y is output, A1 is sensitivity of sensor, A2 is electrical amplifier, Ynoise-equitvalent is noise equitavalent Y, Yele-equitvalent is electronic-noise equitavalent , the whole sensitivity of system is Y/X=A1*A2, resolution of the system is （A2*Ynoise-equitvalent+ Ynoise-equitvalent）/（Y/X） 由于原