可支持任意流程的微机电系统设计工具技术
3 六个接口的设计及实现
在论文里，接口被定义为任意两个层级之间的数据自动传递。因此选择每个层级数据的最佳表示形式是实现接口的第一步。在这里，网表、实体模型和掩模版图被分别选为每个层级的最佳数据表示形式。下面将逐一讨论各接口的具体实现方法。
3.1. 系统级到器件级实体和工艺级版图
从系统级分别到器件级和工艺级的两个接口是实现当前主流的自顶向下设计方法的关键。在论文里，系统级采用硬件描述语言描述的梁、质量平板、梳齿电容等各种多端口三维组件来描述MEMS器件的结构组成及行为模型。这样，MEMS器件的尺寸、位置和工艺信息最终会反映在系统级网表里。图2是从网表直接生成实体模型和版图的算法流程图。其中，实体模型生成的详细流程图如图3所示，版图的生成过程也类似。
图2 从网表直接生成实体模型和版图的算法流程图
3.2. 器件级实体模型到工艺级二维版图
根据MEMS器件的实体模型直接生成相应的加工用的版图一直是业界长期以来追求的一个技术目标[1,5,8,9]。这是因为基于实体模型的设计和优化更直观，并且在完成相应的优化设计后直接生成加工用的版图，显然更能加快设计速度，提高效率。
论文提供了一种基于标准文件传递的转换方法。实体模型以标准格式Sat存储，版图文件以CIF格式存储。从实体文件中提取几何、拓扑和属性信息的算法流程如图4所示。
3.3. 宏建模
从器件级到系统级这个接口不仅仅是数据几何信息或工艺信息的一个传递，还是一个模型精确度和阶数的一个跃变。其从复杂的、准确的高阶模型降低到一个相对简单的、也能反映系统主要物理特性的低阶模型。这种转换，尽管损失了一定的精度，但却能带来更好的仿真速度。这个过程，更多的称为宏建模（Macromodeling）。
关于宏建模的实现已经有很多方法，并已经成功用于一些工具系统中[10,11]。在论文里，降阶过程是通过Arnoldi算法来实现的，其高阶模型来自于器件级的有限元分析结果，其低阶模型自动插入到系统级多端口三维组件库中。其技术实现的流程如图5所示。
图3 实体模型生成的详细流程图
3.4. 工艺级版图到系统级
从工艺级版图到系统级这个接口不同于宏建模的模型阶数变化，在实际的设计实践中也用的较少。但在某些特殊情况下，该接口对设计人员也是很有帮助的[12, 13]。
版图到系统级的转换实现过程如图6所示，其中关键在于对版图中的几何图形进行特征识别，并与系统级多端口三维组件库中的组件相对应，识别的过程如图7所示。
图4 从实体模型生成二维版图的算法路程图
图5 基于有限元分析的宏建模流程图
3.5 版图到三维实体
在这六个接口里面，从版图到三维实体模型是最早被实现，并已广泛应用的一个接口[14,15]。论文实现这个接口的方法如图8所示，版图文件和工艺是输入，生成的三维实体图形文件既可以用于器件级的有限元分析，也可作为工艺的可视化显示。
图6 版图到系统级的转换流程图
图7 版图特征识别的算法流程图
图8 版图和工艺合成生成实体模型的算法流程图