專利名稱：用于多物理場(chǎng)系統(tǒng)模型的三維簡(jiǎn)圖獲取及結(jié)果可視化的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及模擬多物理場(chǎng)系統(tǒng)的物理行為并且更具體地涉及在三 維(3D)設(shè)計(jì)環(huán)境中為多物理場(chǎng)器件創(chuàng)建參數(shù)化的行為模型以及所述被創(chuàng)建的模型在3D設(shè) 計(jì)環(huán)境以及集成的系統(tǒng)建模環(huán)境中隨后的使用。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)以及計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)工具分別被用于在生產(chǎn)實(shí)際 物理器件之前設(shè)計(jì)以及模擬機(jī)械器件的虛擬模型。相似地，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具被 用于在生產(chǎn)實(shí)際物理器件之前設(shè)計(jì)以及模擬電氣以及電子器件的虛擬模型。CAD、CAE以及 EDA工具是在具有圖形顯示設(shè)備的數(shù)字計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的交互式軟件程序。CAD/CAE工具以 及EDA工具的屬性必須被結(jié)合以在開(kāi)始制造所述實(shí)際物理器件的昂貴并且耗時(shí)的過(guò)程之 前設(shè)計(jì)以及模擬諸如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的多物理場(chǎng)器件的虛擬模型。MEMS是微米級(jí)或者納米級(jí)的器件(典型地以與集成電路(ICs)相似的方式被制 造)，以利用通過(guò)半導(dǎo)體制造工藝可實(shí)現(xiàn)的小型化、集成以及批處理。不同于僅由電部件構(gòu) 成的ICs，MEMS器件結(jié)合來(lái)自多個(gè)物理域的部件并且可以包含例如電的、機(jī)械的、磁的、射 頻(RF)、光學(xué)的以及流控的部件。MEMS器件以許多形式出現(xiàn)并且可以包括微機(jī)電傳感器和 致動(dòng)器，諸如陀螺儀(gyroscope)、加速度計(jì)以及壓力傳感器，諸如噴墨頭的微流控器件、諸 如開(kāi)關(guān)、諧振器、變?nèi)荻O管和無(wú)源器件的射頻(RF)器件以及諸如微鏡和光纖對(duì)準(zhǔn)器件的 光學(xué)器件。典型地，單獨(dú)的MEMS器件是無(wú)用的。為提供有用的功能，MEMS器件必須被并入 包括控制該MEMS器件或者處理來(lái)自該MEMS器件的電輸出信號(hào)的電子電路的系統(tǒng)。大部分 MEMS器件由MEMS感測(cè)或者致動(dòng)元件(即MEMS器件本身)以及伴隨的電子器件(即IC)組 成，所述伴隨的電子器件處理來(lái)自該MEMS器件的輸出信號(hào)和/或控制該MEMS器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于設(shè)計(jì)以及模擬諸如MEMS器件的多物理場(chǎng)器件的3D多 物理場(chǎng)設(shè)計(jì)環(huán)境(“3D設(shè)計(jì)環(huán)境”)。所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境以編程方式與適用于模擬信號(hào)ICs、 混合信號(hào)ICs以及多物理場(chǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)以及仿真的系統(tǒng)建模環(huán)境集成。使用參數(shù)化 的模型部件在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中的3D圖形視圖中創(chuàng)建參數(shù)化的MEMS器件模型。所述參 數(shù)化的模型部件每個(gè)都與底層行為模型相關(guān)聯(lián)并且可以從多物理場(chǎng)/MEMS部件庫(kù)中選擇。
6在所述MEMS器件模型被完成之后，其可以被輸出給系統(tǒng)建模環(huán)境。所述MEMS器件模型可 以被輸出給所述系統(tǒng)建模環(huán)境而不用使所述模型經(jīng)受初步的有限元網(wǎng)格劃分。所述被輸出的MEMS器件模型允許涉及所述MEMS器件及相關(guān)聯(lián)的電子電路系統(tǒng)的 電路仿真在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中進(jìn)行。電路仿真結(jié)果可以被傳輸回到所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中 以便使用所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境的3D視圖生成器使其可視化。所述3D視圖可以顯示所述MEMS 器件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)模擬。用戶隨后可以將參數(shù)化的布局單元輸出給可以被用于直接生 成所述MEMS器件的布局的布局編輯器。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)計(jì)以及模擬微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法包 括經(jīng)由3D設(shè)計(jì)環(huán)境選擇參數(shù)化的部件。所述參數(shù)化的部件中的每一個(gè)都與行為模型相關(guān) 聯(lián)。所述方法使用被選擇的參數(shù)化的部件在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中創(chuàng)建參數(shù)化的MEMS器件模 型。所述MEMS器件模型被輸出到系統(tǒng)建模環(huán)境中，用于在電路仿真或者協(xié)同仿真中使用。在另一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)計(jì)以及模擬MEMS器件的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法包括將參數(shù)化 的MEMS器件模型輸入到系統(tǒng)建模環(huán)境中，已經(jīng)由參數(shù)化的部件在3D設(shè)計(jì)環(huán)境中創(chuàng)建了所 述參數(shù)化的MEMS器件模型。所述參數(shù)化的部件中的每一個(gè)都與行為模型相關(guān)聯(lián)。表示所 述參數(shù)化的MEMS器件模型的符號(hào)被連接到所述系統(tǒng)建模環(huán)境中的簡(jiǎn)圖中，所述簡(jiǎn)圖顯示 集成電路(IC)設(shè)計(jì)。所述簡(jiǎn)圖的電路仿真或者協(xié)同仿真在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中被執(zhí)行。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于設(shè)計(jì)以及模擬微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的 系統(tǒng)包括計(jì)算設(shè)備以及顯示設(shè)備。所述計(jì)算設(shè)備作為三維(3D)MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境以及系統(tǒng)建 模環(huán)境的主機(jī)或者與三維(3D)MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境以及系統(tǒng)建模環(huán)境通信。所述3D MEMS設(shè)計(jì) 環(huán)境允許經(jīng)由所述三維(3D)MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境選擇參數(shù)化的部件。所述參數(shù)化的部件中的每 一個(gè)都與行為模型相關(guān)聯(lián)。所述3D MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境被用于用所述被選擇的參數(shù)化的部件在 所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中創(chuàng)建參數(shù)化的MEMS器件模型。所述3D MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境也允許所述MEMS 器件模型輸出到所述系統(tǒng)建模環(huán)境中。利用被輸出的MEMS器件模型在所述系統(tǒng)建模環(huán)境 中被執(zhí)行的簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中被接收。所述 顯示設(shè)備與所述計(jì)算設(shè)備通信并且在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中顯示所述電路仿真或者協(xié)同仿真 的結(jié)果。


附圖被包含在本說(shuō)明書中并且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，其示出本發(fā)明的一個(gè)或者 多個(gè)實(shí)施例，并且與文字說(shuō)明一起解釋了本發(fā)明。在附圖中圖1畫出了適用于實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例的環(huán)境；圖2A畫出了在所述MEMS器件裝配之前由所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境的簡(jiǎn)圖編輯器生成的 空白的3D視圖；圖2B畫出了使用所述3D簡(jiǎn)圖編輯器內(nèi)部的全局變量對(duì)從部件庫(kù)中被選擇的示范 性部件的參數(shù)化；圖3畫出了使用所述3D簡(jiǎn)圖編輯器內(nèi)部的全局變量對(duì)從部件庫(kù)中被選擇的另一 個(gè)示范性部件的參數(shù)化以及被選擇的示范性部分的3D視圖；圖4畫出了在所述3D簡(jiǎn)圖編輯器中被顯示的示范性的被完成的MEMS器件模型以 及被用于部件參數(shù)化的全局變量的列表；
圖5A畫出了在由所述3D簡(jiǎn)圖編輯器生成的3D視圖中被顯示的另一個(gè)示范性的 被完成的MEMS器件模型以及被用于部件參數(shù)化的全局變量的列表；圖5B示出了圖5A所示的示范性MEMS器件模型的機(jī)械連接器；圖5C示出了圖5A所示的示范性MEMS器件模型的電連接器；圖6A畫出了第一外部編輯器，即材料特性編輯器；圖6B畫出了第二外部編輯器，即工藝編輯器；圖7畫出了將示范性MEMS器件模型連同所述底層行為模型一起的符號(hào)輸出到所 述系統(tǒng)建模環(huán)境中的3D設(shè)計(jì)環(huán)境；圖8畫出了被添加到所述系統(tǒng)建模環(huán)境中的簡(jiǎn)圖的、表示被創(chuàng)建的MEMS器件模型 的符號(hào)；圖9畫出了被用在所述MEMS器件模型中的全局變量，該MEMS器件模型在所述系 統(tǒng)建模環(huán)境的簡(jiǎn)圖編輯器中可作為符號(hào)參數(shù)被訪問(wèn)；圖10畫出了所述仿真結(jié)果從所述系統(tǒng)建模環(huán)境到所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境的傳輸以及所 述結(jié)果在所述3D視圖中的動(dòng)態(tài)模擬；圖11示出了包括所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境以及所述系統(tǒng)建模環(huán)境的設(shè)計(jì)過(guò)程的總覽；以 及圖12是本發(fā)明的實(shí)施例所遵循的步驟序列的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例允許多物理場(chǎng)器件模型(諸如MEMS器件模型)在三維(3D)設(shè)計(jì) 環(huán)境中的創(chuàng)建，所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境與系統(tǒng)建模環(huán)境集成。被創(chuàng)建的器件模型與在典型的基于 特征的3D CAD建模工具中被創(chuàng)建的模型的區(qū)別在于有與被創(chuàng)建的器件模型的每個(gè)部件相 關(guān)聯(lián)的底層行為模型。被創(chuàng)建的器件模型可以被輸出給系統(tǒng)建模環(huán)境，在該系統(tǒng)建模環(huán)境 中其可以被集成到簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)中并且在執(zhí)行電路仿真或者協(xié)同仿真時(shí)被使用。用于被創(chuàng)建的 器件的行為模型可以相對(duì)于取決于制造以及設(shè)計(jì)的變量被參數(shù)化，所述變量諸如材料特性 和尺寸變化以及所述設(shè)計(jì)的幾何特性。在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中被執(zhí)行的系統(tǒng)級(jí)仿真或者協(xié) 同仿真的結(jié)果隨后可以被送回到(loaded back into)所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中用于結(jié)果顯像以 及動(dòng)態(tài)模擬。觀察在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中被顯示的結(jié)果的用戶可以指示對(duì)該結(jié)果的滿意并 且參數(shù)化的2D布局單元可以編程方式被生成并且被發(fā)送給所述系統(tǒng)建模環(huán)境中的2D布局 編輯器。在本文中所論述的本發(fā)明的實(shí)施例允許諸如MEMS器件模型的多物理場(chǎng)器件模型 的創(chuàng)建以及顯像。為了解釋的清楚起見(jiàn)，被創(chuàng)建的模型在本文中被稱作MEMS器件模型。然 而，應(yīng)當(dāng)理解的是除MEMS器件模型以外的其他類型的多物理場(chǎng)器件模型可以通過(guò)實(shí)踐本 發(fā)明的實(shí)施例而被創(chuàng)建并且利用。如先前所提到的那樣，大部分MEMS器件包括MEMS感測(cè)或者致動(dòng)元件以及處理來(lái) 自所述MEMS器件的輸出信號(hào)和/或控制所述器件的IC兩部分。MEMS器件的雙重性質(zhì)已經(jīng) 在所述設(shè)計(jì)過(guò)程期間引起了許多問(wèn)題，因?yàn)镸EMS設(shè)計(jì)師以及IC設(shè)計(jì)師習(xí)慣于在截然不同 的專用的設(shè)計(jì)環(huán)境中工作。舉例來(lái)說(shuō)，MEMS設(shè)計(jì)師常常被訓(xùn)練成習(xí)慣于用三維CAD以及CAE 工具進(jìn)行設(shè)計(jì)的機(jī)械工程師。相反，IC設(shè)計(jì)師典型地被訓(xùn)練成電氣工程師并且?guī)缀跗毡榈?br> 8依賴于IC設(shè)計(jì)及仿真環(huán)境(例如Cadence VIRTUOSO或者M(jìn)entor Graphics平臺(tái))，該IC 設(shè)計(jì)及仿真環(huán)境被用于在簡(jiǎn)圖編輯器中創(chuàng)建電子器件的簡(jiǎn)圖，電子器件的簡(jiǎn)圖接著在電路 仿真器中被模擬。每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境具有其長(zhǎng)處以及弱點(diǎn)并且所述設(shè)計(jì)環(huán)境之間的斷連常規(guī)地 在整體上設(shè)計(jì)以及模擬MEMS器件時(shí)引起問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)以及模擬MEMS器件時(shí)通常所使用的一種方法在本文中被稱作 物理設(shè)計(jì)及仿真，其使用機(jī)械CAD以及CAE工具來(lái)創(chuàng)建所述器件的三維幾何模型并且接著 應(yīng)用諸如有限元方法(FEM)的離散數(shù)值技術(shù)以在數(shù)值上解表示所述器件的物理行為的偏 微分方程。這種方法以諸如ANSYS以及ABAQUS的商業(yè)產(chǎn)品為典型。所述物理設(shè)計(jì)及仿真 的結(jié)果可以在3D視圖中被呈現(xiàn)。然而，這種方法具有顯著的缺點(diǎn)，即其非常耗時(shí)并且沒(méi)有 結(jié)合為得到有用的系統(tǒng)所需要的周圍的電子電路模擬所述MEMS的機(jī)械行為的直接方法。設(shè)計(jì)以及模擬MEMS器件的可替換的方法在本文中被稱作系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)及仿真，其 結(jié)合專用的MEMS部件庫(kù)使用系統(tǒng)建模環(huán)境。所述系統(tǒng)建模環(huán)境包括簡(jiǎn)圖編輯器(或者簡(jiǎn)圖 獲取工具)以及電路仿真器。這種方法以CoventorWare ARCHITECT為典型并且具有其通常 比FEM方法快一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)并且其允許將電子電路包括在仿真中的優(yōu)點(diǎn)。CoventorWare ARCHITECT包含Synopsys SABER系統(tǒng)建模環(huán)境。商業(yè)上可買到的系統(tǒng)建模環(huán)境的其他例子 包括但不限于 Cadence VIRTUOSO, Mentor SYSTEMVISI0N 以及 Ansoft SIMPL0RER。雖然MEMS設(shè)計(jì)的系統(tǒng)級(jí)方法已成功，使用符號(hào)化的簡(jiǎn)圖來(lái)獲取MEMS器件的設(shè)計(jì) 有缺點(diǎn)。符號(hào)化的簡(jiǎn)圖，本質(zhì)上為提供所有部件模型及它們的互連的抽象映射的布線圖， 是描述電子器件的設(shè)計(jì)的直觀方式，但是其不是描述三維機(jī)械器件的直觀方式，因?yàn)槊總€(gè) 被建模的子結(jié)構(gòu)的幾何形狀、位置以及方向由對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)圖符號(hào)定義。微小的參數(shù)變化可能 產(chǎn)生顯著不同的器件幾何形狀和/或光系統(tǒng)建設(shè)，這從所述符號(hào)化的簡(jiǎn)圖中不是顯而易見(jiàn) 的。常規(guī)的EDA工具僅允許用戶根據(jù)符號(hào)化的簡(jiǎn)圖生成二維布局。新近，諸如CoventorWare ARCHITECT的工具包括了用于理解并且驗(yàn)證像MEMS的非電(non-electrical)結(jié)構(gòu)的參數(shù) 設(shè)定以及符號(hào)連通性的3D可視化能力。然而，即使使用這些新近的工具，用戶仍然必須首 先在符號(hào)化的簡(jiǎn)圖中獲取所述設(shè)計(jì)。對(duì)所述簡(jiǎn)圖的每次改變，無(wú)論是添加符號(hào)還是改變所 述MEMS部件模型中的一個(gè)的參數(shù)值，都需要通過(guò)布局生成或者3D可視化的驗(yàn)證。因此，盡 管在基于簡(jiǎn)圖的MEMS設(shè)計(jì)的可視化方面有進(jìn)步，用戶必須在所述簡(jiǎn)圖獲取過(guò)程期間在所 述符號(hào)化的簡(jiǎn)圖和所述3D或者布局視圖之間重復(fù)地來(lái)來(lái)回回。另一個(gè)可替換的方法將所述物理設(shè)計(jì)及仿真方法與所述系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)與仿真方法 結(jié)合，并且在本文中被稱作混合方法。這種方法使用物理設(shè)計(jì)及仿真為MEMS部件庫(kù)創(chuàng)建部 件，并且使用系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)及仿真來(lái)模擬所述部件的被結(jié)合的行為。該混合方法具有系統(tǒng)級(jí) 方法的一些優(yōu)點(diǎn)，即仿真需要比物理仿真更少的計(jì)算資源(存儲(chǔ)以及時(shí)間)。但是該混合方 法相對(duì)于所述系統(tǒng)級(jí)方法就所述MEMS部件庫(kù)中的部件的性質(zhì)而言也具有缺點(diǎn)。特別地，所 述MEMS部件的參數(shù)化被限制，并且需要多個(gè)耗時(shí)的并且潛在地易出錯(cuò)的步驟來(lái)創(chuàng)建以及 模擬所述MEMS部件。另外，作為MEMS部件的基礎(chǔ)的行為模型通過(guò)多項(xiàng)式曲線擬合來(lái)得到， 其可能是額外的誤差源。與所述系統(tǒng)級(jí)方法類似，所述MEMS器件的符號(hào)化的簡(jiǎn)圖必須通過(guò) 裝配來(lái)自所述MEMS部件庫(kù)的部件在簡(jiǎn)圖編輯器中被構(gòu)成。所述系統(tǒng)級(jí)方法以及混合方法 兩者可以被稱作基于簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì)及仿真方法。MEMS設(shè)計(jì)中的另外的問(wèn)題是MEMS工程師和IC工程師兩者常常表示對(duì)在公共的仿真環(huán)境中協(xié)同仿真所述MEMS以及IC設(shè)計(jì)的需要。協(xié)同仿真被需要用于驗(yàn)證所述IC設(shè)計(jì) 以及用于預(yù)測(cè)制造偏差的良率敏感性(yield sensitivity)。如果所述仿真在所述IC設(shè)計(jì) 環(huán)境中運(yùn)行，則需要所述MEMS設(shè)計(jì)者交付以合適的硬件描述語(yǔ)言(HDL)(諸如Verilog-A 或者VHDL-AMS)所表示的MEMS器件的行為模型。如今，MEMS工程師具有以這些形式交付 行為模型的非常有限的能力。僅有的選擇是手工制造模型(通常以查找表的形式)，或者根 據(jù)有限元分析生成降階的(reduced order)模型。這兩個(gè)選擇產(chǎn)生非參數(shù)化的模型，即點(diǎn) 設(shè)計(jì)，這對(duì)于良率分析沒(méi)有用并且不是可再次使用的。本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)允許用戶通過(guò)直接在設(shè)計(jì)環(huán)境中的3D視圖中裝配參數(shù)化的 部件來(lái)構(gòu)建MEMS器件來(lái)處理MEMS設(shè)計(jì)中的這些缺點(diǎn)。被創(chuàng)建的MEMS器件模型被用于系 統(tǒng)建模，用由用戶所選擇的單獨(dú)的MEMS部件的行為模型通過(guò)所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境自動(dòng)地創(chuàng)建 所述MEMS器件模型。所述MEMS器件模型可以被自動(dòng)地傳輸?shù)剿鱿到y(tǒng)建模環(huán)境用于仿真 而不需要所述模型首先經(jīng)歷FEM。通過(guò)在3D視圖中裝配部件來(lái)創(chuàng)建簡(jiǎn)圖的這個(gè)過(guò)程被稱作 “三維簡(jiǎn)圖獲取”。這種3D方法對(duì)于MEMS設(shè)計(jì)者更加自然，并且通過(guò)允許設(shè)計(jì)者從一個(gè)3D視圖工作 而不是在符號(hào)化的簡(jiǎn)圖視圖與3D視圖之間交替來(lái)節(jié)省時(shí)間。被輸出的MEMS器件模型允許 在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中進(jìn)行既涉及被創(chuàng)建的MEMS器件也涉及相關(guān)聯(lián)的電子電路系統(tǒng)的電 路仿真。通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例所提供的額外的好處在于所描述的3D設(shè)計(jì)環(huán)境可以集成的 形式與現(xiàn)有的系統(tǒng)建模環(huán)境一起被使用。圖1畫出適用于實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例的環(huán)境。圖2-10描述了圖1所示的部件之 間的各種交互。圖1貫穿整個(gè)詳細(xì)說(shuō)明被引用。包含3D多物理場(chǎng)設(shè)計(jì)環(huán)境100( “3D設(shè)計(jì)環(huán)境”)以及基于簡(jiǎn)圖的系統(tǒng)建模環(huán)境 200的計(jì)算設(shè)備12在圖1中被示出。所述計(jì)算設(shè)備12可以是服務(wù)器、工作站、膝上型筆記 本或者配備有處理器并且能夠支持所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100以及所述計(jì)算建模環(huán)境200的一 些其他類型的電子設(shè)備。所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100可以包括MEMS部件庫(kù)110、3D仿真結(jié)果顯 像器120以及3D簡(jiǎn)圖編輯器140。將理解的是圖1所畫的單獨(dú)的部件可以組合的形式或者 以與圖1所畫的那些不同的配置出現(xiàn)而不背離本發(fā)明的范圍。所述3D簡(jiǎn)圖編輯器140被用于創(chuàng)建和/或編輯3D MEMS器件模型150。用戶10 通過(guò)從所述MEMS部件庫(kù)110中選擇MEMS部件111、113以及115的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)例在所 述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中裝配MEMS器件模型150并且配置部件參數(shù)。部件參數(shù)可以數(shù)字的形 式或者作為引用一個(gè)或者多個(gè)全局變量的代數(shù)表達(dá)式被輸入。被用于使所述MEMS器件150 參數(shù)化的所有全局變量可以被存儲(chǔ)并且被定義在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中。 所述庫(kù)部件111、113以及115可以表示來(lái)自不同物理域的實(shí)體，諸如塊(mass)、板 (plate)、磁體、激光器(laser)、光學(xué)透鏡、靜電梳齒結(jié)構(gòu)以及電極。所述部件參數(shù)可以包括 諸如位置、方向、長(zhǎng)度、寬度以及高度的幾何尺寸、層名稱或者像密度以及彈性系數(shù)的材料 特性。部件參數(shù)可以數(shù)字的形式或者作為一個(gè)或者多個(gè)全局變量的表達(dá)式被輸入。用于定 義幾何部件參數(shù)的可替換的方法在2D或者3D畫板上接收點(diǎn)選擇或者自由形式的繪圖。
所述MEMS部件庫(kù)110中的每個(gè)模型部件可以包括由部件111、113以及115表示 的數(shù)學(xué)行為模型，以及對(duì)應(yīng)的3D視圖生成器112、114以及116，所述3D視圖生成器為包含 繪制每個(gè)部件的3D圖形視圖所需要的信息的計(jì)算機(jī)腳本或者程序。每個(gè)部件的底層行為
10模型描述單獨(dú)的部件在經(jīng)受電刺激(stimuli)或機(jī)械刺激或者來(lái)自其他域的刺激時(shí)在數(shù) 學(xué)上怎樣表現(xiàn)。3D視圖生成器112、114以及116使用所述參數(shù)信息(可選地連同像制造 工藝說(shuō)明的其他設(shè)計(jì)信息一起)以在用戶10成功地完成參數(shù)輸入之后創(chuàng)建部件151、152、 153,154 以及 155 的 3D 圖像 301、302、303、304 以及 305。所述底層行為模型與有限元模型的區(qū)別在于它們使用凡是對(duì)于表示被建模的實(shí) 體的物理行為最有效的任何數(shù)學(xué)的(解析的)或者數(shù)值的公式，這與有限元的情況中的具 有多項(xiàng)式或者其他標(biāo)準(zhǔn)基的通用形函數(shù)相反(generic shape function) 0舉例來(lái)說(shuō)，典型 的MEMS器件的懸浮典型地可以被建模成機(jī)械梁分段的集合?？梢员谎b配用于為MEMS器件 建模的其他部件可以包括各種形狀(矩形、三角形、弧形分段等等)的剛性以及柔性的機(jī)械 板、各種形狀以及配置的交叉指型(inter-digitated)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器以及可以被布置在 任一上述機(jī)械元件的上面、下面或者側(cè)面的平面或者曲線型電極。這些部件中的每一個(gè)必 須具有相關(guān)聯(lián)的行為模型，該行為模型有效地表示其物理行為。機(jī)械梁的行為模型可以是 眾所周知的梁理論的解析解，諸如Euler-Bernoulli梁方程。這樣的數(shù)學(xué)解可以就所述梁 的幾何參數(shù)(諸如其長(zhǎng)度、寬度以及厚度)以及諸如楊式系數(shù)的材料特性而言明確地被表 示。另外，所述行為模型可以具有機(jī)械連接點(diǎn)，諸如梁的末端，其規(guī)定其在哪里以及怎樣可 以被連接到其他機(jī)械部件。剛性板分段的行為可以通過(guò)控制(govern)剛體動(dòng)力學(xué)的方程 來(lái)建模，所述方程取決于其慣性系數(shù)，所述慣性系數(shù)又可以就其幾何參數(shù)以及密度而言明 確地被表示。電極和機(jī)械元件之間的靜電勢(shì)的行為模型可以通過(guò)用于相等尺寸的平板之間 的靜電勢(shì)的簡(jiǎn)單方程，或者在交叉指型梳齒(inter-digitated comb finger)的情況下通 過(guò)諸如共形映射的更復(fù)雜的手段來(lái)建模。用戶通過(guò)連接被選擇的部件111、113以及115的表示在3D視圖300中裝配所述 MEMS器件模型。所述部件的表示分別由與被選擇的部件相關(guān)聯(lián)的3D視圖生成器112、114 和116來(lái)生成。所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境省去了指示用戶在所述3D視圖中怎樣連接所述部件的信 息。作為在所述3D視圖300中被構(gòu)建的模型的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被稱作多物理場(chǎng)或者M(jìn)EMS 器件模型并且包含對(duì)組成部件301、302、303、304和305、它們的底層行為模型以及指示所 述部件301、302、303、304和305怎樣被連接的數(shù)據(jù)的引用。在所述3D視圖中被構(gòu)建的MEMS 器件模型150可以被直接輸出給所述系統(tǒng)建模環(huán)境而不用額外的網(wǎng)格劃分來(lái)形成MEMS器 件的系統(tǒng)模型的部分。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解所述MEMS部件庫(kù)110可以包括任何數(shù)量的部件以及對(duì) 應(yīng)的3D視圖生成器。圖1所示的部件的數(shù)量以及對(duì)應(yīng)的3D視圖發(fā)生器僅是用于示意的目 的而不應(yīng)當(dāng)被視為限制。圖2A和2B更具體地畫出了被用于創(chuàng)建MEMS器件模型的3D視圖300。圖2A畫出 了由所述3D簡(jiǎn)圖編輯器140生成的空白的3D視圖300。用戶通過(guò)從MEMS部件庫(kù)110中選 擇部件并且將它們布置在所述3D視圖300中來(lái)創(chuàng)建所述MEMS器件模型。圖2B顯示了參 數(shù)框204，該參數(shù)框列出了與被選擇的MEMS部件相關(guān)聯(lián)的可配置的參數(shù)。有兩個(gè)類別的參數(shù)對(duì)于多物理場(chǎng)器件設(shè)計(jì)是有關(guān)的。第一類別包括由制造工藝所 確定的材料特性以及幾何參數(shù)。第二類別包括所述多物理場(chǎng)器件模型的部件的尺寸參數(shù)， 諸如長(zhǎng)度、寬度、梳齒的數(shù)量等等，它們由用戶確定，即所述MEMS工程師。所述第二類別的 參數(shù)化在圖3中被示出。
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圖3示出弧形梁作為從所述MEMS部件庫(kù)110中被選擇的示范性MEMS器件模型部 件151。用戶10使用彈出菜單204來(lái)定義所述弧形梁的參數(shù)。一旦所述部件151的參數(shù)化 被完成，所述弧形梁部件301的3D視圖在所述3D視圖300中被畫出。用戶10可以選擇額 外的部件并且為被選擇的部件生成對(duì)應(yīng)的3D視圖。所述3D視圖可以基于用戶選擇或者通 過(guò)在對(duì)應(yīng)的3D模型中標(biāo)識(shí)接觸部件面而自動(dòng)地被連接(機(jī)械地、電性地、光學(xué)地等等)。舉 例來(lái)說(shuō)，梁以及剛性板部件可以通過(guò)識(shí)別它們的形狀彼此接觸或者交叉而自動(dòng)地被連接。 在所述設(shè)計(jì)過(guò)程的最后，整個(gè)MEMS器件模型150的3D視圖300被提供給用戶10圖4示出了環(huán)形陀螺儀模型的示范性的3D視圖300。所述3D視圖300是被選擇 的MEMS器件模型部件的單獨(dú)的3D視圖的合成。如在圖4中進(jìn)一步被示出的那樣，在所述 MEMS器件模型150中被使用的所有MEMS部件的列表406在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100的窗口 407中被顯示。所述部件的列表可以被分級(jí)組織以更好地示出所述MEMS器件模型150的結(jié) 構(gòu)。用戶10可以從所述列表406中選擇一個(gè)或者多個(gè)部件并且在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100的 窗口 408中看到與被選擇的(一個(gè)或者多個(gè))部件相關(guān)聯(lián)的全局變量。圖5A-5C示出了另一個(gè)MEMS器件模型，即射頻(RF)開(kāi)關(guān)的示范性的3D視圖300。 如圖5A所示，在所述RF開(kāi)關(guān)的3D視圖300中所畫出的所有部件的列表526在所述3D設(shè) 計(jì)環(huán)境100的窗格527上被顯示為樹(shù)形結(jié)構(gòu)。所述部件的列表526可以被分級(jí)組織以更好 地示出所述RF開(kāi)關(guān)的3D視圖300的視圖結(jié)構(gòu)。用戶10可以從所述列表526中選擇一個(gè) 或者多個(gè)部件并且在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100的窗口 528上看到與被選擇的(一個(gè)或者多個(gè)) 部件相關(guān)聯(lián)的全局變量。如可以從部件樹(shù)中看到的那樣，圖5A所示的RF開(kāi)關(guān)包括4個(gè)基 本的構(gòu)件塊，即部件一個(gè)錨和三個(gè)梁。圖5B示出在圖5A所示的RF開(kāi)關(guān)的3D視圖300中所畫出的機(jī)械連接器552。所 述機(jī)械連接器536的列表在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100的窗口 537中的樹(shù)形視圖中被顯示。所 述機(jī)械連接器352的視圖示出哪些部件被鏈接在一起?？梢暤奶崾颈挥糜谑境鰴C(jī)械部件之 間的連接。舉例來(lái)說(shuō)，在圖5B中，所述機(jī)械部件部分透明地被示出并且所述部件之間的機(jī) 械連接器由高亮的點(diǎn)指示。被連接的部件將作為單件一起移動(dòng)。圖5C示出圖5A所示的RF開(kāi)關(guān)的電連接器554。所述電連接器546的列表在所 述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100的窗口 547中的樹(shù)形視圖中被顯示。所述電連接器視圖554使用諸如 顏色、不透明/透明顯示等可視的提示來(lái)示出部件之間的電連通性。被連接的部件將作為 單件一起移動(dòng)。舉例來(lái)說(shuō)，電氣層在所述器件模型的3D視圖中可以被示為固態(tài)件(solid piece)0除了定制多物理場(chǎng)器件的部件的尺寸以外，有時(shí)有必要使制造工藝適應(yīng)特定的多 物理場(chǎng)器件以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此，所述制造工藝在多物理場(chǎng)器件設(shè)計(jì)中是重要的“自由參 數(shù)”，其經(jīng)常需要隨開(kāi)發(fā)進(jìn)展被細(xì)調(diào)。在常規(guī)的IC設(shè)計(jì)環(huán)境中缺少改變所述制造工藝的說(shuō) 明的靈活性。另外，與電有關(guān)的IC部件的行為模型不能就所述工藝參數(shù)而言被參數(shù)化。在 多物理場(chǎng)器件設(shè)計(jì)中，所述工藝說(shuō)明的參數(shù)可以作為所述設(shè)計(jì)的部分被改變，因此所述模 型也必須相對(duì)于所述工藝參數(shù)被參數(shù)化。本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)提供被用于規(guī)定所有有關(guān)的制造專有的數(shù)據(jù)的兩個(gè)外部編 輯器來(lái)處理用戶(即MEMS設(shè)計(jì)者)使工藝參數(shù)參數(shù)化的特定需求。所述第一外部編輯器， 即所述材料特性編輯器600在圖6A中被示出。所述材料特性編輯器600被用于創(chuàng)建包含在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中被使用的所有有關(guān)的物理以及可視特性的材料數(shù)據(jù)庫(kù)。材料特 性可以被定義為絕對(duì)值、變量或者代數(shù)方程。變量以及代數(shù)方程的組合允許特性相互地依 賴于其他特性、環(huán)境變量(例如溫度和適度)、或者完全抽象的變量，諸如給定的制造工藝 的裝備設(shè)定。用戶10可以選擇哪些變量被暴露給其他用戶。舉例來(lái)說(shuō)，圖6A示出鋁的電 連通性602由取決于溫度T的代數(shù)表達(dá)式給出。在圖6A的底部處，用戶10選擇通過(guò)勾選 所述材料特性編輯器600上的對(duì)應(yīng)的框604將T “暴露”給其他用戶。所述第二外部編輯器被稱為工藝編輯器650，其在圖6B中被示出。所述工藝編輯 器允許本發(fā)明的實(shí)施例相對(duì)于取決于制造以及設(shè)計(jì)的變量使與所述系統(tǒng)建模環(huán)境共享的 完整的MEMS器件的行為模型完全參數(shù)化。所述工藝編輯器650被用于定義所述多物理場(chǎng) 器件制造步驟的順序。底層的工藝數(shù)據(jù)包括關(guān)于層堆疊的所有有關(guān)的信息，諸如層次序、材 料類型、厚度以及側(cè)壁輪廓。所述工藝數(shù)據(jù)取決于材料數(shù)據(jù)庫(kù)。在所述工藝數(shù)據(jù)中的每個(gè) 層規(guī)定必須存在于對(duì)應(yīng)的材料數(shù)據(jù)庫(kù)中的材料類型。所述MEMS器件模型150是在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境110中被設(shè)計(jì)的MEMS器件的系統(tǒng) 模型。從所述MEMS部件庫(kù)110中被選擇的部件151、152、153、154以及155對(duì)應(yīng)于在所述 MEMS器件模型150的3D視圖300中可視的部件301、302、303、304以及305。所述MEMS器 件模型150也包含定義所述部件151、152、153、154以及155之間的連通性的鏈路156、156、 158 以及 159。在所述MEMS器件模型150在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中被完成之后，用戶10將簡(jiǎn)圖 符號(hào)236指派給所述MEMS器件模型150。所述MEMS器件模型可以所述簡(jiǎn)圖符號(hào)236以及 傳遞部件之間的連通性信息的網(wǎng)表的形式被輸出給所述系統(tǒng)建模環(huán)境200。所述簡(jiǎn)圖符號(hào) 236與所述網(wǎng)表237的組合在圖1中被稱作所述系統(tǒng)建模環(huán)境200中的MEMS器件235。所 述簡(jiǎn)圖符號(hào)236在所述系統(tǒng)建模環(huán)境200中被模擬的簡(jiǎn)圖中表示MEMS器件模型150。本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)表示被創(chuàng)建的MEMS器件模型的簡(jiǎn)圖符號(hào)的使用提供了控制被 呈現(xiàn)給負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)在MEMS器件周圍的電子電路的IC設(shè)計(jì)者的信息的量的方法。IC設(shè)計(jì)者不 需要看到在它們的簡(jiǎn)圖中包括所述MEMS器件的所有部件。而且，有在其中所述MEMS設(shè)計(jì) 者和IC設(shè)計(jì)者為不同公司工作的情況并且所希望的是通過(guò)向所述IC設(shè)計(jì)者隱瞞所述MEMS 器件設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)來(lái)保護(hù)該MEMS器件設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例允許所述MEMS 設(shè)計(jì)者將表示所述MEMS器件的單個(gè)符號(hào)輸出給所述系統(tǒng)建模環(huán)境并且僅暴露輸入、輸出 以及IC設(shè)計(jì)者感興趣的參數(shù)作為到該符號(hào)的端口。圖7示出在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中的示范性MEMS器件模型150 (例如環(huán)形陀螺 儀)的被完成的3D視圖300，以及在所述系統(tǒng)建模環(huán)境200中的簡(jiǎn)圖視圖350中的對(duì)應(yīng)的 簡(jiǎn)圖符號(hào)736。如上所述，用戶10也規(guī)定所述MEMS器件模型150的哪些參數(shù)將被暴露在所 述系統(tǒng)建模環(huán)境200中。被暴露的參數(shù)作為所述簡(jiǎn)圖符號(hào)736的管腳737被示出。所述簡(jiǎn) 圖符號(hào)736的管腳737表示用于將所述簡(jiǎn)圖符號(hào)736與所述系統(tǒng)建模環(huán)境中的簡(jiǎn)圖中的一 個(gè)或者多個(gè)其他部件鏈接所需要的電連接。到所述MEMS器件模型150內(nèi)部的其他物理自 由度的額外的連接器可以基于用戶選擇被暴露。所述MEMS器件模型150的全局變量作為 所述MEMS器件符號(hào)736的參數(shù)被保留。如圖1所示，所述系統(tǒng)建模環(huán)境200包括簡(jiǎn)圖編輯器210、電路仿真器220以及系 統(tǒng)部件庫(kù)230。所述簡(jiǎn)圖編輯器210被用于創(chuàng)建和/或編輯系統(tǒng)模型250。用戶從所述系
13統(tǒng)部件庫(kù)230中選擇所述MEMS器件235以及電子部件231和233并且將它們放置在簡(jiǎn)圖 視圖350中，在該簡(jiǎn)圖視圖中所述模型部件231和233的符號(hào)化表示232和234與表示所 述MEMS器件模型150的簡(jiǎn)圖符號(hào)236接合并且在兩個(gè)維度中向用戶顯示。用戶也在所述 簡(jiǎn)圖視圖350中規(guī)定或者繪制所述符號(hào)352、354、356以及358之間的連接。圖8示出示范性的完整的系統(tǒng)模型250的簡(jiǎn)圖視圖350。從所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100 被輸入的簡(jiǎn)圖符號(hào)802被連接到簡(jiǎn)圖符號(hào)832和834，該簡(jiǎn)圖符號(hào)832和834表示在所述 系統(tǒng)建模環(huán)境200中被添加到示范性MEMS器件235的、所述系統(tǒng)部件庫(kù)230的部件。用戶 配置被選擇的部件的參數(shù)，將它們的端口與被輸入的表示在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中被創(chuàng)建的 MEMS器件的符號(hào)相互連接以在所述簡(jiǎn)圖視圖350中創(chuàng)建整個(gè)器件的簡(jiǎn)圖。本領(lǐng)域的技術(shù)人 員將理解所述用戶可以與設(shè)計(jì)MEMS器件模型的用戶(即所述MEMS設(shè)計(jì)者)相同?？商鎿Q 地，所述用戶可以是設(shè)計(jì)所述MEMS器件模型的簡(jiǎn)圖視圖的用戶，即IC設(shè)計(jì)者。還應(yīng)當(dāng)理解 的是所述部件可以在從所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境輸入所述簡(jiǎn)圖符號(hào)之前被選擇以及被配置。在可替換的實(shí)施例中，所述3D MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境中的用戶可以請(qǐng)求仿真并且表示所 述MEMS器件的符號(hào)可以被自動(dòng)輸出，在簡(jiǎn)圖中被連接，并且在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中被模擬 而不用額外的用戶動(dòng)作。當(dāng)在所述簡(jiǎn)圖視圖350中形成所述簡(jiǎn)圖模型時(shí)，表示諸如晶體管、電阻器、電感器 以及電容器的電子部件的符號(hào)被連接用于創(chuàng)建所希望的電路行為。表示所述電子部件的符 號(hào)具有可以通過(guò)導(dǎo)線被連接到其他部件的管腳的端口或者管腳。每個(gè)管腳具有電壓并且將 電流輸入或者傳出所述部件。在所述簡(jiǎn)圖獲取中，部件可以表示來(lái)自其他物理域的實(shí)體，諸 如塊、板、磁體、激光器、光學(xué)透鏡、靜電梳齒結(jié)構(gòu)以及電極。部件的符號(hào)端口表示用于電、機(jī) 械、磁、流體或者光源的輸入，或者可以是機(jī)械自由度的輸入或者輸出控制管腳，即平移以 及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述簡(jiǎn)圖編輯器210維護(hù)對(duì)應(yīng)于所述簡(jiǎn)圖視圖350的底層系統(tǒng)模型250。所述系 統(tǒng)模型250包含對(duì)所述系統(tǒng)部件231、233以及235的特定實(shí)例251、252、253以及254的引 用。不止一個(gè)實(shí)例可以引用相同的模型部件。所述系統(tǒng)模型250也包含所述部件實(shí)例251、 252,253以及254之間的連接255、256以及257。所述簡(jiǎn)圖編輯器210也被用于規(guī)定定義每個(gè)簡(jiǎn)圖部件實(shí)例251、252、253以及254 的參數(shù)的值。每個(gè)部件231、233和235的參數(shù)是部件定義的部分。所述MEMS器件235的 部件定義可以包括所述MEMS器件模型150的所有全局參數(shù)。所述MEMS器件235的部件參 數(shù)可以包括諸如位置、方向、長(zhǎng)度、寬度以及高度的幾何尺寸、層名稱或者像密度以及彈性 系數(shù)的材料特性。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述簡(jiǎn)圖編輯器210中的MEMS器件235的部件中的 參數(shù)改變引起所述3D視圖300的自動(dòng)同步的更新。圖9示出MEMS器件，即環(huán)形陀螺儀的示范性的3D視圖910。所述環(huán)形陀螺儀910 的MEMS器件模型150被輸出到所述系統(tǒng)建模環(huán)境200中。在用戶經(jīng)由所述簡(jiǎn)圖編輯器210 的選擇之后，表示所述MEMS器件模型150的符號(hào)920被顯示在所述簡(jiǎn)圖視圖250中。用戶 可以使用彈出窗口 930查看并且調(diào)整表示所述環(huán)形陀螺儀910的簡(jiǎn)圖符號(hào)920的參數(shù)。本 領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)可所述彈出框930被提供用于示意的目的而不應(yīng)當(dāng)被看作限制，因?yàn)?用于調(diào)整所述簡(jiǎn)圖符號(hào)920的其他機(jī)構(gòu)可以被使用而不背離本發(fā)明的范圍。在所述簡(jiǎn)圖視 圖350中進(jìn)行的改變可以被傳遞到所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100，并且所述環(huán)形陀螺儀的被更新的
143D顯示940可以在所述顯示設(shè)備14上被顯示。所述系統(tǒng)建模環(huán)境200也包括電路仿真器220。所述電路仿真器220被用于通過(guò) 在數(shù)值上求一組被耦合的常微分方程的積分來(lái)執(zhí)行在所述簡(jiǎn)圖視圖350中被表示的系統(tǒng) 模型250的仿真。用戶可以在所述電路仿真器220中運(yùn)行所述簡(jiǎn)圖模型250的仿真，該仿 真將在每個(gè)仿真點(diǎn)處(即時(shí)間步長(zhǎng)或者頻率)評(píng)估所述MEMS器件的行為模型。用戶可以 運(yùn)行所述模型的DC、AC以及瞬態(tài)仿真來(lái)確認(rèn)所述器件性能。所述仿真的執(zhí)行產(chǎn)生仿真結(jié)果 240。所述仿真結(jié)果240被傳輸回到所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中以使用所述3D仿真結(jié)果顯像 器120來(lái)顯示。所述3D仿真結(jié)果顯像器120以編程方式提供所述單獨(dú)的MEMS部件(301、 302,303,304以及305)的3D視圖的連續(xù)更新，產(chǎn)生整個(gè)MEMS器件模型150的3D視圖300 的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)模擬。如圖10所示，在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中被提供的3D仿真結(jié)果顯像器120使用所 述仿真結(jié)果240、所述系統(tǒng)模型250以及所述MEMS器件模型150來(lái)向用戶10提供所述仿真 結(jié)果240的3D視圖300。來(lái)自對(duì)在所述簡(jiǎn)圖視圖350中所畫出的系統(tǒng)模型250的仿真的仿 真結(jié)果240被饋送給所述3D仿真結(jié)果顯像器120。所述仿真結(jié)果顯像器120結(jié)合3D視圖 生成器112、114以及116工作以通過(guò)逐步地改變所述3D視圖300來(lái)反應(yīng)位置隨時(shí)間、頻率 或者在所述系統(tǒng)模型250的仿真期間被改變的任何其他物理量的變化而產(chǎn)生所述仿真結(jié) 果240的3D視圖300。圖11示出在本文中所論述的設(shè)計(jì)過(guò)程的可替換的總覽，包括所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境 100、所述系統(tǒng)建模環(huán)境100以及布局編輯器1100。如上所述，用戶創(chuàng)建3D MEMS器件模型 150，其表示所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中的MEMS器件。在所述MEMS器件模型150被完成之后， 其可以被輸出給系統(tǒng)建模環(huán)境200。所述模型輸出涉及創(chuàng)建表示所述MEMS器件235的簡(jiǎn)圖 符號(hào)236，并且以與所述系統(tǒng)建模環(huán)境100兼容的格式輸出所述MEMS器件符號(hào)236以及對(duì) 應(yīng)的器件模型150兩者的步驟。被輸出的器件模型150可以網(wǎng)表237的形式，即描述系統(tǒng) 模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。被創(chuàng)建的符號(hào)236可以具有用于將所述MEMS器件符號(hào)236與所述系統(tǒng) 建模環(huán)境200中的其他簡(jiǎn)圖符號(hào)鏈接所需要的電連接管腳。到所述MEMS器件模型內(nèi)部的 其他非電氣的自由度的額外的連接器可以可選地被暴露在所述MEMS器件符號(hào)236中。在 所述MEMS器件模型150中所使用的所有全局變量可以作為被創(chuàng)建的簡(jiǎn)圖符號(hào)236的參數(shù) 被保留。這些參數(shù)可以包括幾何、材料或者在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中的器件定義期間所使 用的任何其他類型的全局變量。在所述系統(tǒng)建模環(huán)境200中，用戶通過(guò)在簡(jiǎn)圖視圖200中將由所述符號(hào)236表示 的MEMS器件235與來(lái)自所述系統(tǒng)部件庫(kù)230的其他部件231、233以及235連接而形成系 統(tǒng)模型250。一旦完成所述系統(tǒng)模型250，用戶使用所述電路仿真器220來(lái)運(yùn)行所述系統(tǒng)模 型250的仿真。所述仿真結(jié)果240被輸出給所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境100中以被用在所述MEMS器 件模型150的3D視圖300的動(dòng)態(tài)模擬中。當(dāng)用戶對(duì)所述設(shè)計(jì)滿意時(shí)，該用戶可以將參數(shù)化 的布局單元(p-cell)輸出給布局編輯器1100。圖12是本發(fā)明的實(shí)施例所遵循的步驟序列。當(dāng)用戶在3D設(shè)計(jì)環(huán)境中選擇參數(shù)化 的部件時(shí)所述序列開(kāi)始(步驟1100)。用戶通過(guò)在3D視圖中裝配被選擇的部件來(lái)創(chuàng)建MEMS 器件模型(步驟1102)。被創(chuàng)建的MEMS器件模型接著被輸出到給統(tǒng)建模環(huán)境的部件庫(kù)(步 驟1104)。使用被輸出的MEMS器件模型在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中被運(yùn)行或者正在被運(yùn)行的仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果可以接著在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中被接收(步驟1106)。被接收的結(jié)果 可以在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中以動(dòng)態(tài)模擬的形式被顯示(步驟1108)。在上文中所論述的多物理場(chǎng)器件的行為模型足夠精細(xì)用于全面地表示所述多物 理場(chǎng)器件的行為，獲取例如所述機(jī)械自由度之間的交叉耦合。這些行為模型比降階模型或 者查找表更準(zhǔn)確。所述行為模型以及布局p-cell兩者都相對(duì)于取決于制造的變化以及所 述設(shè)計(jì)的幾何屬性被全面地參數(shù)化，允許在EDA環(huán)境中的設(shè)計(jì)以及良率優(yōu)化研究。在所述 多物理場(chǎng)器件以及系統(tǒng)建模環(huán)境之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)移以及交叉鏈接消除了在任何手動(dòng)轉(zhuǎn)移過(guò) 程中都不可避免的人為誤差。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)可可以經(jīng)由諸如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)將所述用戶10與所述計(jì)算 設(shè)備12分開(kāi)。相似地，本發(fā)明的實(shí)施例所使用的部件可以在網(wǎng)絡(luò)上以分立的形式出現(xiàn)而不 是被整合在單個(gè)計(jì)算設(shè)備12中并且所述多物理場(chǎng)器件的部件可以被存儲(chǔ)在除部件庫(kù)以外 的其他地方。本發(fā)明可以作為在一個(gè)或者多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上或者在其中被實(shí)施的一個(gè)或 者多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀程序被提供。所述介質(zhì)可以是軟盤、硬盤、壓縮盤、數(shù)字多用盤、閃存卡、 PROM、RAM、ROM或者磁帶。一般而言，計(jì)算機(jī)可讀程序可以任何編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)?？杀皇褂?的語(yǔ)言的一些例子包括FORTRAN、C、C++、C#或者JAVA。軟件程序可以被存儲(chǔ)在一個(gè)或者多 個(gè)介質(zhì)上或者存儲(chǔ)在其中作為目標(biāo)代碼。所述代碼可以在虛擬化的環(huán)境中運(yùn)行，諸如在虛 擬機(jī)中。運(yùn)行所述代碼的多個(gè)虛擬機(jī)可以存在于單個(gè)處理器中。由于一定的變化可以被進(jìn)行而不背離本發(fā)明的范圍，意圖是在上述說(shuō)明中所包含 的或者在附圖中所示出的所有內(nèi)容應(yīng)示意性地而不是在字面意義上來(lái)解釋。本領(lǐng)域的技術(shù) 人員將明白在附圖中所畫出的步驟以及構(gòu)架的順序可以被改變而不背離本發(fā)明的范圍并 且在本文中所包含的圖示說(shuō)明是本發(fā)明的眾多可能的描繪的單個(gè)例子。
權(quán)利要求
一種設(shè)計(jì)以及模擬微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括經(jīng)由三維(3D)MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境選擇多個(gè)參數(shù)化的部件，所述參數(shù)化的部件中的每一個(gè)均與行為模型相關(guān)聯(lián)；用所述被選擇的多個(gè)參數(shù)化的部件在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中創(chuàng)建參數(shù)化的MEMS器件模型；并且將所述MEMS器件模型輸出到系統(tǒng)建模環(huán)境中用于在電路仿真或者協(xié)同仿真中使用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括接收利用所述被輸出的MEMS器件模型在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中被執(zhí)行的簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的所 述電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果，所述結(jié)果在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中被接收；并且 在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中顯示所述電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，其中顯示所述結(jié)果還包括當(dāng)在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中顯示所述電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果時(shí)動(dòng)態(tài)模擬所述MEMS 器件的運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述電路仿真或者協(xié)同仿真期間評(píng)估使用MEMS部件庫(kù)的所述參數(shù)化的MEMS器件模 型，所述評(píng)估在所述系統(tǒng)建模環(huán)境與所述MEMS部件庫(kù)之間的通信建立之后在所述電路仿 真或者協(xié)同仿真的每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)處發(fā)生。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中輸出所述MEMS器件模型還包括 輸出表示所述MEMS器件模型的符號(hào)，所述符號(hào)被放置在所述簡(jiǎn)圖編輯器中的簡(jiǎn)圖中。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述符號(hào)包括表示用于所述MEMS器件 模型的電連接的管腳。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，其中管腳的數(shù)量是用戶在創(chuàng)建所述MEMS器 件模型時(shí)可配置的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將參數(shù)化的布局單元從所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境向所述系統(tǒng)建模環(huán)境中的布局編輯器或者觀 察器輸出以允許所述布局單元的顯示，所述參數(shù)化的布局單元被用于生成所述MEMS器件 的所述布局的可視實(shí)例。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述選擇多個(gè)參數(shù)化的部件還包括 指示所述被選擇的參數(shù)化的部件中的一個(gè)的至少一個(gè)參數(shù)在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境以及所述系統(tǒng)建模環(huán)境的至少一個(gè)中被隱藏或者被暴露。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述被選擇的參數(shù)化的部件中的至少 一個(gè)包括材料參數(shù)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述被選擇的參數(shù)化的部件中的至少 一個(gè)包括制造工藝參數(shù)。
12.—種設(shè)計(jì)以及模擬微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括 將參數(shù)化的MEMS器件模型輸入到系統(tǒng)建模環(huán)境中，從多個(gè)參數(shù)化的部件在3D設(shè)計(jì)環(huán)境中創(chuàng)建所述參數(shù)化的MEMS器件模型，所述參數(shù)化的部件中的每一個(gè)均與行為模型相關(guān) 聯(lián)；將表示所述參數(shù)化的MEMS器件模型的符號(hào)連接到所述系統(tǒng)建模環(huán)境中的簡(jiǎn)圖中，所述簡(jiǎn)圖顯示集成電路(IC)設(shè)計(jì)；并且在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中執(zhí)行所述簡(jiǎn)圖的電路仿真或者協(xié)同仿真。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將參數(shù)化的布局單元從所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境輸入到所述系統(tǒng)建模環(huán)境中的布局編輯器 中；并且根據(jù)所述參數(shù)化的布局單元產(chǎn)生所述MEMS器件的布局實(shí)例。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 向所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境輸出所述被執(zhí)行的電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其中包含用于所述MEMS器件模型的連通 性信息的網(wǎng)表由所述系統(tǒng)建模環(huán)境從所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境接收。
16.一種存儲(chǔ)用于設(shè)計(jì)以及模擬微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)所述指令被執(zhí)行時(shí)其導(dǎo)致計(jì)算設(shè)備經(jīng)由三維(3D)設(shè)計(jì)環(huán)境選擇多個(gè)參數(shù)化的部件，所述參數(shù)化的部件中的每一個(gè)均與 行為模型相關(guān)聯(lián)；用所述被選擇的多個(gè)參數(shù)化的部件在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中創(chuàng)建參數(shù)化的MEMS器件模 型；并且將所述MEMS器件模型輸出到系統(tǒng)建模環(huán)境中用于在電路仿真或者協(xié)同仿真中使用。
17.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，其特征在于，其中所述指令還導(dǎo)致所述計(jì)算設(shè)備接收在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中被執(zhí)行的簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果，所述 結(jié)果在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中被接收；并且在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中顯示所述電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果。
18.如權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其特征在于，其中用于顯示所述結(jié)果的指令的執(zhí)行導(dǎo) 致所述計(jì)算設(shè)備當(dāng)在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中顯示所述電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果時(shí)動(dòng)態(tài)模擬所述MEMS 器件的運(yùn)動(dòng)。
19.如權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其特征在于，其中所述指令的執(zhí)行導(dǎo)致所述計(jì)算設(shè)備 在所述電路仿真或者協(xié)同仿真期間評(píng)估使用MEMS部件庫(kù)的所述參數(shù)化的MEMS器件模型，所述評(píng)估在所述系統(tǒng)建模環(huán)境與所述MEMS部件庫(kù)之間的通信建立之后在所述電路仿 真或者協(xié)同仿真的每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)處發(fā)生。
20.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，其特征在于，其中用于輸出所述MEMS器件模型的所述 指令的執(zhí)行導(dǎo)致所述計(jì)算設(shè)備輸出表示所述MEMS器件模型的符號(hào)，所述符號(hào)被放置在所述簡(jiǎn)圖編輯器中的簡(jiǎn)圖中。
21.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，其特征在于，其中所述符號(hào)包括表示用于所述MEMS器 件模型的電連接的管腳。
22.如權(quán)利要求21所述的介質(zhì)，其特征在于，其中管腳的數(shù)量是用戶在創(chuàng)建所述MEMS 器件模型時(shí)可配置的。
23.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，其特征在于，其中所述指令的執(zhí)行導(dǎo)致所述計(jì)算設(shè)備 在所述顯示之后將參數(shù)化的布局單元從所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境向布局編輯器輸出，所述布局單元被用于生成所述MEMS器件的布局。
24.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，其特征在于，其中用于選擇多個(gè)參數(shù)化的部件的指令 的執(zhí)行導(dǎo)致所述計(jì)算設(shè)備將所述被選擇的參數(shù)化的部件中的一個(gè)的至少一個(gè)參數(shù)標(biāo)識(shí)為在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境以 及所述系統(tǒng)建模環(huán)境的至少一個(gè)中被隱藏或者被暴露。
25.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，其特征在于，其中所述被選擇的參數(shù)化的部件中的至 少一個(gè)包括材料參數(shù)。
26.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，其特征在于，其中所述被選擇的參數(shù)化的部件中的至 少一個(gè)包括制造工藝參數(shù)。
27.一種存儲(chǔ)用于設(shè)計(jì)以及模擬微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)所述指令被執(zhí)行時(shí)其導(dǎo)致計(jì)算設(shè)備將參數(shù)化的MEMS器件模型輸入到系統(tǒng)建模環(huán)境中，從多個(gè)參數(shù)化的部件在3D設(shè)計(jì)環(huán) 境中創(chuàng)建所述參數(shù)化的MEMS器件模型，所述參數(shù)化的部件中的每一個(gè)均與行為模型相關(guān) 聯(lián)；將表示所述參數(shù)化的MEMS器件模型的符號(hào)連接到所述系統(tǒng)建模環(huán)境中的簡(jiǎn)圖中，所 述簡(jiǎn)圖顯示集成電路(IC)設(shè)計(jì)；并且在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中執(zhí)行所述簡(jiǎn)圖的電路仿真或者協(xié)同仿真。
28.如權(quán)利要求27所述的介質(zhì)，其特征在于，其中所述指令的執(zhí)行還導(dǎo)致所述計(jì)算設(shè)備將參數(shù)化的布局單元從所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境輸入到布局編輯器中；并且 根據(jù)所述參數(shù)化的布局單元產(chǎn)生所述MEMS器件的布局。
29.如權(quán)利要求27所述的介質(zhì)，其特征在于，所述介質(zhì)還包括 向所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境輸出所述被執(zhí)行的電路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果。
30.如權(quán)利要求27所述的介質(zhì)，其特征在于，其中包含用于所述MEMS器件模型的連通 性信息的網(wǎng)表由所述系統(tǒng)建模環(huán)境從所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境接收。
31.一種用于設(shè)計(jì)以及模擬微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括作為三維(3D)MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境以及系統(tǒng)建模環(huán)境的主機(jī)或者與三維(3D)MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境 以及系統(tǒng)建模環(huán)境通信的計(jì)算設(shè)備，所述3DMEMS設(shè)計(jì)環(huán)境允許經(jīng)由所述三維(3D)MEMS設(shè)計(jì)環(huán)境選擇多個(gè)參數(shù)化的部件，所述參數(shù)化的部件中的每 一個(gè)均與行為模型相關(guān)聯(lián)；用所述被選擇的多個(gè)參數(shù)化的部件在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中創(chuàng)建參數(shù)化的MEMS器件模型；將所述MEMS器件模型輸出到所述系統(tǒng)建模環(huán)境中；并且接收利用所述被輸出的MEMS器件模型在所述系統(tǒng)建模環(huán)境中被執(zhí)行的簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的電 路仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果，所述結(jié)果在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中被接收；以及與所述計(jì)算設(shè)備通信的顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中顯示所述電路 仿真或者協(xié)同仿真的結(jié)果。
32.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中所述被選擇的參數(shù)化的部件中的一 個(gè)包括材料參數(shù)。
33.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中所述被選擇的參數(shù)化的部件中的一 個(gè)包括制造工藝參數(shù)。
34.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中所述結(jié)果在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中的顯 示動(dòng)態(tài)模擬所述MEMS器件的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明論述了用于設(shè)計(jì)以及模擬諸如MEMS器件的多物理場(chǎng)器件的3D多物理場(chǎng)設(shè)計(jì)環(huán)境(“3D設(shè)計(jì)環(huán)境”)。所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境以編程方式與適用于模擬信號(hào)ICs、混合信號(hào)ICs以及多物理場(chǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和仿真的系統(tǒng)建模環(huán)境集成。使用參數(shù)化的模型部件在所述3D設(shè)計(jì)環(huán)境中的3D圖形視圖中創(chuàng)建參數(shù)化的MEMS器件模型，每個(gè)所述參數(shù)化的模型部件均與底層行為模型相關(guān)聯(lián)。在所述MEMS器件模型被完成之后，其可以被輸出給系統(tǒng)建模環(huán)境而不用使所述模型經(jīng)受初步的有限元網(wǎng)格劃分。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101971177SQ200880126135
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者G·羅倫茨, M·凱蒙 申請(qǐng)人:科文托爾公司