DAIQ

2018-11-24 (土) 21:01:33 (59d)

Distribution

MEMS DAIQ = MEMS Design and Analysis Interface to Qucs

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このページでは、本研究室が開発した集積化MEMS用の回路-機械混在解析パッケージDAIQを公開しています。 このパッケージは、電子回路シミュレータQucs上で動作します。
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In this page, we distribute a software package of mixed-signal analysis for integrated MEMS called DAIQ. This package uses an electrical circuit simulator Qucs.
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お知らせ (2013-05-02)
Notice (2013-05-02)};

ここで紹介する集積化MEMS用の回路-機械混載解析方法は、第1弾のQucs版の後にLTSpice版を経て、現在ではCadence Virtuoso Verilog-A版に移行しています。最新の情報は、下記の論文をご覧下さい。

The multiphysics simulation approach for integrated MEMS has been developed on the circuit simulator Qucs first, and then implemented on LTspice. We use Cadence Virtuoso Verilog-A today as a practical use. Please check the following report of ours.

  1. Qucs version (2011) : Makoto Mita, Satoshi Maruyama, Yuheon Yi, Kazuhiro Takahashi, Hiroyuki Fujita, and Hiroshi Toshiyoshi, "Multi-Physics Analysis for Micro Electromechanical Systems Based on Electrical Circuit Simulator," IEEJ Trans. on Electrical and Electronic Eng., Volume 6, Issue 2, March 2011, pp. 180–189.
  2. LTspice version (2012) : Hiroshi Toshiyoshi, Toshifumi Konishi, Katsuyuki Machida, and Kazuya Masu, "A Multi-Physics Simulation Technique for Integrated MEMS," 2012 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2012), Hilton San Francisco, Dec. 10-12, 2012 (invited).
  3. Cadence Virtuoso version (2013) : Toshifumi Konishi, Katsuyuki Machida, Satoshi Maruyama, Makoto Mita, Kazuya Masu, and Hiroshi Toshiyoshi, "A Single-platform Simulation and Design Technique for CMOS-MEMS Based on a Circuit Simulator with Hardware Description Language," IEEE/ASME J. Microelectromech. Syst. (in press, 2013-01-16).

Analysis Functions

  • Electrostatic actuators (parallel-plate, comb-drive, torsion mirror, else)
  • Transient analysis for displacement-voltage (step function, impulse, triangle, sinusoidal and else)
  • Large amplitude oscillation (including electrostatic pull-in and release)
  • Small amplitude oscillation
  • FFT analysis for oscillation
  • User-defined actuators (by force as a function of applied voltage or current)

解析機能

  • 静電アクチュエータ(平行平板、櫛歯、トーションミラー、他)
  • 変位-駆動電圧の過渡応答解析(ステップ応答、インパルス応答、三角波応答、正弦波、他)
  • 大振幅ヒステリシス解析(プルイン、リリース)
  • 小振幅周波数応答解析
  • 電気回路-アクチュエータ混在システム解析
  • 変位FFT解析
  • ユーザー定義アクチュエータ(発生力を駆動電圧・電流の関数として定義可能)
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Simulation Examples

Electrical drive, mechanical response, and optical ray tracing

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Capacitor bridge for electrostatic displacement pick-up

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MEMS resonator in Colpitts oscillation circuit

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PWM-drive of Vertical-Comb Scanner

Analytical Model

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Simulation Model

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Transient Analysis of PWM (pulse width modulation)

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解析例

静電駆動、機械的応答、光線追跡

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変位検出用静電ブリッジ

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コルピッツ発振回路組み込みシリコン共振器

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垂直櫛歯型静電光スキャナのパルス幅変調駆動

解析モデル

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解析画面

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パルス幅変調深さをスイープしたときの振幅の過渡応答解析結果

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Publication

  1. S. Maruyama, M. Nakada, M. Mita, T. Takahashi, H. Fujita, and H. Toshiyoshi, "An Equivalent Circuit Model for Vertical Comb Drive MEMS Optical Scanner Controlled by Pulse Width Modulation," IEEJ Trans. SM, vol. 132, no. 1, 2012, pp. 1-9 (DOI: 10.1541/ieejsms.132.1)
  2. Yang-Che Chen, Chao Min Chang, Rongshun Chen, Max Ti-Kuang Hou, Hiroshi Toshiyoshi, and Hiroyuki Fujita, "On the symmetry of electric fields subjecting to interdigitated structures: Qucs equivalent circuit model and experiment," J. Micromech. Microeng (accepted).
  3. Makoto Mita, Satoshi Maruyama, Yuheon Yi, Kazuhiro Takahashi, Hiroyuki Fujita, and Hiroshi Toshiyoshi, "Multi-Physics Analysis for Micro Electromechanical Systems Based on Electrical Circuit Simulator," IEEJ Trans., vol. 6, no. 3, 2011, pp. 180-189.
  4. Makoto Mita and Hiroshi Toshiyoshi, "An Equivalent-circuit Model for MEMS Electrostatic Actuator using Open-source Software Qucs," IEICE Electronics Express, vol 6, no. 5, 2009, pp. 256-263.

本研究に関する発表

  1. 三田 信、安宅 学、藤田博之、年吉 洋、「宇宙用慣性駆動型マイクロアクチュエータ」 電気学会論文誌E、vol. 132, no. 5, 2012, pp. 965-102.
  2. 三田 信、丸山智史、藤田博之、年吉 洋、「分岐型サスペンション構造への運動方程式等価回路モデルの応用」 電気学会論文誌E、vol. 132, no. 3, 2012.
  3. 丸山智史、三田 信、諫本圭史、鄭 昌鎬、藤田博之、年吉 洋、「準平行平板型トーションミラーの等価回路モデル」電気学会論文誌E、vol. 13、no. 4、2012, pp. 77-85.
  4. S. Maruyama, M. Nakada, M. Mita, T. Takahashi, H. Fujita, and H. Toshiyoshi, "An Equivalent Circuit Model for Vertical Comb Drive MEMS Optical Scanner Controlled by Pulse Width Modulation," IEEJ Trans. SM, vol. 132, no. 1, 2012, pp. 1-9 (DOI: 10.1541/ieejsms.132.1)
  5. Yang-Che Chen, Chao Min Chang, Rongshun Chen, Max Ti-Kuang Hou, Hiroshi Toshiyoshi, and Hiroyuki Fujita, "On the symmetry of electric fields subjecting to interdigitated structures: Qucs equivalent circuit model and experiment," J. Micromech. Microeng., vol. 21, 2011, p.045026 (doi:10.1088/0960-1317/21/4/045026)
  6. Makoto Mita, Satoshi Maruyama, Yuheon Yi, Kazuhiro Takahashi, Hiroyuki Fujita, and Hiroshi Toshiyoshi, "Multi-Physics Analysis for Micro Electromechanical Systems Based on Electrical Circuit Simulator," IEEJ Trans., vol. 6, no. 3, 2011, pp. 180-189.
  7. Makoto Mita and Hiroshi Toshiyoshi, "An Equivalent-circuit Model for MEMS Electrostatic Actuator using Open-source Software Qucs," IEICE Electronics Express, vol 6, no. 5, 2009, pp. 256-263.
  8. 丸山智史、三田 信、藤田博之、年吉 洋、「運動方程式の等価回路による静電マイクロアクチュエータと回路の連成解析」 日本機械学会マイクロナノ工学専門会議・電気等価回路から考えるMEMS設計手法研究会 第2回研究会、2009(平成21)年5月15日、東京大学本郷キャンパス.

リンク集

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  1. 電気回路シミュレータ Qucs のダウンロードはこちらから Qucs Project(download をクリック → 画面のずっと下の方にOS毎のインストールファイルがある)
  2. Qucsのバージョン16にはバグがあり、自作サブサーキットのアイコン回転、反転の設定がファイル保存のたびに失われます。バージョン15をお使いください。2012-11-18
  3. 電気回路シミュレータ Qucs の使用法をわかりやすく解説した「QUCS入門」(山梨大学 大木 真先生)

Links

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  1. Qucs Project

Distribution

Packages

A part of this simulation package is released public. Contact the lab faculty by e-mail.

VersionFileReferenceFeatures
1fileMtest3.sch.tgzIEICE ELEX (file6_256.pdf)A file before sub-circuit. Electrostatic actuator, spring, and dash pod are flattened in a single Qucs schmetic file.
2filetest2011-05-26_prj.zipTrans IEEJ (file20642_ftp.pdf)A set of files after sub-circuit, including parallel-plate electrostatic actuator, visco-elastic spring, anchor, and the equation-of-motion solver unit.

Instruction

  1. Download the file and unpack from .tgz format to obtain a .sch file.
  2. Copy the file into your Qucs work directory.
    1. For Windows PC: your work directory is located at C:/Documents and Settings/your_name/.qucs/
    2. For Mac OSX: your work directory is invisible but use Shift-Command-G to open /Users/your_name/.qucs
  3. Restart Qucs and open your library (***_prj) to find the sch file. Run the program, and waveforms are automatically shown in the identical sheet.

配布

パッケージ

本研究は論文投稿中ですが、一部の機能をリリース致します。ご入り用の方は、ラボ教員までご連絡下さい。

バージョンファイル参考文献特徴
その1fileMtest3.sch.tgzIEICE ELEX 論文(file6_256.pdf)で使用したQucsファイルサブサーキット化以前のファイルであり、静電アクチュエータ、バネ、ダッシュポッドが1枚のQucs Schematicの中に展開されているバージョン。
その2filetest2011-05-26_prj.zip電気学会論文(file20642_ftp.pdf)で使用したQucsファイルサブサーキット化以降のファイル群であり、静電アクチュエータ(プラス方向に引力発生)、粘弾性サスペンション、アンカー、運動方程式モジュールが部品化されているもの。

使い方

  1. ファイルをダウンロードして、.tgz形式、または、.zip形式を展開すると、Mtest3.schなどのQucsのスキマティック(回路図面)ファイルが得られる。
  2. このファイルを、Qucsのワークディレクトリの◯◯◯_prjフォルダにコピーする。
    1. Windows PC の場合、ワークディレクトリは C:/Documents and Settings/自分のディレクトリ/.qucs/の中にある。
    2. Mac OSXの場合、ワークディレクトリは見えないので、シフト-コマンド-Gで、/Users/自分のアカウント/.qucs を開く。
  3. Qucsを再起動して、ライブラリ(◯◯◯_prj)を開くと、そこに.schがあるはず。このファイルを解析すれば、駆動電圧と変位の時系列波形が表示される。

注意

  1. ここで配布したプログラムは、あくまでもMEMS研究の参考に提供したものですので、使用者の目的に必ずしも適合することを保証するものでありません。また、本研究室は、本プログラムについての瑕疵担保責任および保証責任等の一切の責任を負わないものとします。
  2. 本研究室は、使用者による本プログラムの仕様過程および結果において、本プログラムに起因または関連して使用者に生じた損害及び第三者に生じた損害に対する責任を含め、一切の責任を負わないものとします。
  3. 使用者が本プログラムを用いて得られた結果等に関しては、本研究室は、保証責任等の一切の責任を負わないものとします。
  4. 本プログラムの再配布や改変は自由です。ただし、その行為は使用者の責任において実施してください。