Системные математические макромодели логических МЭМС-вентилей
https://doi.org/10.35596/1729-7648-2025-23-3-26-35
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена стремительным развитием микроэлектромеханических систем (МЭМС), которые находят применение в качестве логических элементов благодаря низкому энергопотреблению, высокой надежности и возможности перепрограммирования в процессе работы. Однако существующие подходы к проектированию логических МЭМС-вентилей требуют разработки компактных и точных математических моделей для анализа их динамических характеристик и логических операций на системном уровне. В статье представлен метод синтеза параметрических математических моделей логических МЭМС-вентилей на основе кремниевых резонаторов с электростатическим возбуждением. Разработана библиотека конструкционных макромоделей, включающая трех-, пяти- и девятиконтактные МЭМС-резонаторы, которые позволяют проводить анализ статических, частотных и динамических характеристик. Проведены анализ эффекта схлопывания электродов, гармонический анализ и симуляции логических операций, таких как НЕ, И, ИЛИ-НЕ и исключающее ИЛИ. Разработанные модели могут быть использованы для проектирования аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, триггеров и арифметико-логических устройств на основе МЭМС-технологий.
Ключевые слова
микроэлектромеханические системы,
МЭМС-резонаторы,
логические элементы,
вентили,
системное моделирование,
язык описания аппаратуры
При поддержке: Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (государственное задание для университетов № ФГФЗ-2023-0005) и с применением оборудования Центра коллективного пользования РТУ МИРЭА (соглашение от 01.09.2021 № 075–15-2021-689, уникальный идентификационный номер 2296.61321Х0010).
Об авторах
А. А. Соловьев
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия
ст. преп. каф. наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования
Россия
ст. преп. каф. наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования
Е. Ф. Певцов
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия
канд. техн. наук, доц., дир. центра проектирования
Россия
канд. техн. наук, доц., дир. центра проектирования
В. А. Колчужин
Qorvo Munich GmbH
Германия
канд. техн. наук, вед. инж.-констр.
Германия
канд. техн. наук, вед. инж.-констр.
Список литературы
1. Temperature Measurement System Comprising a Resonant MEMS Device: pat. USA US20110210801, IPC H03H9/2463 / Xavier Rottenberg, Roelof Jansen, Hendrikus Tilmans; Applicant and Patent Holder Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC – US13/033,932. Claimed 24-02-2011; Published 0109-2011.
2. Relays Do Not Leak: CMOS Does / Н. Fariborzi [et al.] // Proceedings of the 50th Annual Design Automation Conference. 2013. No 127. Р. 1–4.
3. Demonstration of Integrated Micro-Electro-Mechanical Relay Circuits for VLSI Applications / М. Spencer [et al.] // IEEE J. Solid-State Circuits. 2011. Vol. 46, No 1. Р. 308–320.
4. Ahmed, S. Micro-Electromechanical Resonator-Based Logic and Interface Circuits for Low Power Applications / S. Ahmed // Ph. D. Thesis, KAUST Saudi Arabia. 2020.
5. Modeling and Simulation of a MEMS Resonator Based Reprogrammable Logic Gate Using Partial Electrodes / S. Ahmed [et al.] // Conference: Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS. Paris, France, 2019. Р. 1–5.
6. Hafiz, M. Microelectromechanical Reprogrammable Logic Device / M. Hafiz, L. Kosuru, M. Younis // Nature Communications. 2016. No 7. Р. 1–9.
7. Соловьев, А. А. Системное моделирование мультиконтактного микроэлектромеханического логического элемента / А. А. Соловьев, Е. Ф. Певцов, В. А. Колчужин // Нанои микросистемная техника. 2024. Т. 26, № 6. С. 260–267.
8. LMGT_MEMS_component_library [Electronic Resource]. Mode of access: https://github.com/Kolchuzhin/ LMGT_MEMS_component_library/tree/master/resonator/transducer_e5. Date of access: 10.11.2024.
Рецензия
Для цитирования:
Соловьев А.А., Певцов Е.Ф., Колчужин В.А. Системные математические макромодели логических МЭМС-вентилей. Доклады БГУИР. 2025;23(3):26-35. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2025-23-3-26-35
For citation:
Solovev А.А., Pevtsov E.F., Kolchuzhin V.A. System-Level Mathematical Macro-Models of Logic MEMS Gates. Doklady BGUIR. 2025;23(3):26-35. (In Russ.) https://doi.org/10.35596/1729-7648-2025-23-3-26-35
Просмотров:
25
Послать статью по эл. почте 