如何利用Tanner MEMS参数化基本单元库，迅速创建复杂的表面微加工或流体MEMS器件

即便您要重新设计传动电机的MEMS传感器，目标也是让工作尽可能轻松快捷地完成。利用Tanner L-Edit中的MEMS库，您可以从大量MEMS器件不同的基本单元中进行选择，然后迅速装配出您的MEMS版图。采用Tanner设计工具，您可以运用图1所示设计流程，来设计一个完整的“设计即正确”的MEMS流程。

图1：MEMS创建设计流程

MEMS创建领域存在多种传统设计流程。图1显示了一个自上而下的设计流程，其连接了MEMS设计所需的不同设计领域。此流程为设计团队提供了一种无缝解决方案，帮助其整合数字设计、模拟设计和MEMS器件到一个IC芯片里。

初始步骤：创建并验证电路图

首先，在S-Edit电路图编辑器中为MEMS器件创建一个新单元，然后在测试电路中连接构成该器件的基本单元symbol。接下来利用T-Spice分析设计，并通过W-Edit波形查看器检查工作情况的波形，以确定器件是否符合预期。

指定层信息

对电路图满意之后，利用L-Edit创建MEMS器件的物理版图。在L-Edit中，您可以使用MEMS库中的MEMS基本单元器件。

您可以控制各基本单元的层信息，以及指定两类基本MEMS元器件的层信息：

• 表面微加工。您可以指定结构层数并定义各层的参数。您还可以指定各层的设计规则，例如间距、包围和最小线宽要求。

• 流体通道。您可以指定结构层数，以及定义MEMS库中各流体基本单元对应的参数集。

此层信息会自动应用于MEMS库中的各相关基本单元。

利用MEMS库创建基本单元

MEMS库包含40多种用于MEMS器件版图布局的参数化基本单元。基本单元随着工具的每次新版本发布而持续增加。MEMS库提供的基本单元按类别分组，如表1所示。

表1：可用基本单元

要创建MEMS器件，只需利用Library Palette从MEMS库中选择各基本单元，如图2所示。

图2：利用Library Palette装配MEMS器件以获得版图

例如，要创建一个横向梳齿驱动谐振器，请将所需的基本单元实例调用，然后在版图中进行连接。为了说明该流程的简单直接性，我们可以创建一个MEMS换能器；利用其谐振频率对物理参数的高灵敏度，将它变成一个传感器。图3描述了创建步骤：

1. 实例调用Plate。2. 实例调用一个梳齿驱动器并复制一个。3. 将这两个梳齿驱动器连接到Plate。4. 实例调用折叠弹簧，将其翻转并复制一个。5. 将这两个折叠弹簧连接到Plate。6. 实例调用Ground Plate，将其连接到适当层上的结构。7. 实例化三个焊盘，将其连接到适当的层和元件。8. 对于每个实例化基本单元，调整其参数以满足您的需求（参见下一节）。

图3：已完成的横向驱动谐振器

更改参数

您可以更改任何已定义参数以影响MEMS结构的各元件。例如，图4显示了更改一个谐波侧驱动型电机基本单元的关键参数之后，版图立即改变。

图4：通过仅调整一个参数快速改变电机基本单元

利用参数化基本单元，您可以迅速构建MEMS结构。方法是，实例调用基本单元、复制粘贴、改变方向以及更改参数，从而制作特定基本单元。各基本单元包含一组默认参数值，您可以利用这些值来快速布局基本单元，然后选择各基本单元并更改其参数。

设计您自己的基本单元

MEMS库包含40多种基本单元，您可以将其运用于MEMS结构中。但是，MEMS设计的世界非常广袤，有时候您可能需要定义自己的基本单元，并将其放在Library Palette上以供您的团队使用。图5显示了自行设计基本单元的流程。

图5：自行设计基本单元的流程概览

自行创建基本单元的步骤如下：

1. 制作一个电路图symbol。利用S-Edit定义该symbol实体、属性和端口。2. 创建SPICE模型。为了在T-Spice中仿真该基本单元，您需要定义SPICE模型。MEMS器件可以是多域系统： 电气和非电气。这要求定义SPICE电气变量与非电气域变量之间的映射。例如，Plate上的压力可映射为电气域中的电流。3. 编写版图生成器。利用C编程语言和L-Edit UPI调用为自定义基本单元定义一个版图生成器。C程序接受基本单元参数并生成所需的版图信息。结束流程利用L-Edit中的Library Palette建构MEMS器件版图之后，还有最后几步要完成，如图6所示。

图6：完成MEMS设计的步骤

这些步骤包括：

• 建立连接关系。结束流程时，一个常被忽略的步骤是建立基本单元之间的连接以便正确提取SPICE网表。对于每个利用Library Palette实例化的基本单元，会自动创建正确的端口。L-Edit可以在两个或多个基本单元端口之间建立连接。在谐振器示例中，您应将Plate的一个端口连接到梳齿驱动器之一的一个端口。

• 版图提取。利用L-Edit提取版图会产生一个由MEMS器件和连接信息构成的SPICE网表。采用此提取信息来比较版图和电路图（即所谓“版图与电路图比较”或LVS）。

• 电路图提取。对于LVS，利用S-Edit提取电路图网表。此网表包含器件描述、连接和几何参数。

• 执行LVS。利用LVS工具，您可以比较版图和电路图以确保二者描述的是同一器件。

您创建的每个MEMS器件都可以根据制造工艺进行调整，以保证结构符合设计规则。L-Edit允许您从一组预定义制造工艺中进行选择。工艺信息包括层定义、设计和提取规则、模型参数值、宏以及工艺定义。

三维分析和系统级仿真

利用已完成的版图数据，您可以自动生成器件的三维视图。与三维视图互动并添加技术信息，再将设计发送给第三方三维分析工具以检查多个域（例如机械、热和静电）之间的物理相互作用。然后，您可以提取MEMS器件的行为模型，以便基于三维分析数据进行系统级仿真。

结语

利用Tanner MEMS参数化基本单元库，您可以迅速创建复杂的表面微加工或流体MEMS器件。通过在L-Edit中实例化各基本单元、设置参数以及组装版图，您可以快速定义并分析器件。或许您是在重新设计MEMS电机的传感器，但运用Tanner工具集，您可以尽可能快地完成任务。