基于XML的MEMs设计过程描述语言

    XML为新一代互联网上的数据交换标准格式，在数据表示和数据交换方面具有强大功能，并成功应用在许多领域。例如化学领域的CML、数学领域的Mathml,医学领域的MML、通信领域的WML等。XML技术在MEMS领域也得到了广泛的应用，文献论述了在MEMS中使用XML的几个优点，分析了与微系统相关的工艺技术，开发了基于XML的MEMS工艺描述语言XML-MTD。同样开发基于XML的微系统工艺流程描述语言PDML，其中包括了与设计和加工有关的参数，使得和其它工具交换知识成为可能。但这些文献只限于对工艺设计知识的描述，对MEMS设计过程没有进行描述。MEMS设计是一个多学科交叉、多能量域藕合的问题，需要多个领域的设计专家协同协商，因而MEMS的设计过程是一个不断重复的有反馈的并行设计过程。设计过程的复杂性使得每一个新器件的设计都要重头开始进行，没有充分利用前人的设计经验和数据，造成设计周期较长，设计反复较多。基于此问题，有必要对微器件的设计过程进行描述和重用，提高设计效率和减少设计失误。

1 MEMS Top-Down设计过程建模

    1.1 MEMS Top-Down设计过程分析与描述
   
    在微型机电系统技术中，可以粗略地区分为3种设计流程:Top-Down, Bottom-Up, Meet-in-the-Middle。以往开发的MEMS CAD软件大多是基于Bottom-Up设计方式的。
   
    Top-Down设计方法在设计过程中遵循从系统级到器件级再到工艺级这一设计流程，充分体现了由宏观到微观、从抽象到具体的渐进设计思想，同时便于多个子系统间的协同，实现并行设计。经过对大量MEMS器件具体设计过程的仔细分析和抽象，形成如图1所示的MEMS Top-Down设计细化流程。

    首先输入系统性能要求，在系统级设计和仿真过程中，对不同领域的行为进行建模和系统仿真(可以采用键合图模型进行多能量域的动特性仿真)，把仿真结果存入行为模型库中;然后进行器件级设计与分析，建立3D模型，并采用一些分析工具如ANSYS进行有限元、边界元分析，可以根据分析结果生成宏模型，保存到行为模型库中，并反馈给系统级设计;加工工艺设计，对工艺进行物理仿真和加工过程仿真，根据工艺设计结果生成2D布局和掩膜，并进行封装测试。该MEMS设计过程摒弃了那些只有一些特殊器件才有的特定流程，保持设计流程的通用性和可扩展性。

    1.2  MEMS设计过程建模
   
    设计过程建模需要对设计过程进行形式化描述，包括定义活动及其之间的逻辑关系。设计过程由活动组成，这些活动可以分为基本活动、开始活动、结束活动、子过程。开始活动和结束都是标志性活动，表示了一个过程的开始和结束。活动间的基本逻辑关系有4种:顺序，并行，选择和循环。其中并行活动又可以分为与分支、与连接，选择活动分为或分支、或连接。图2所示为活动间的基本逻辑关系。

    本文采用基于活动网络图并扩展成条件有向图描述MEMS设计过程，由节点和连接弧组成。弧是带有连接条件的，根据条件的判断结果控制流程的转换。图3是以微压力传感器设计流程为例的条件有向图。从系统需求分析得到系统性能要求，通过系统设计，建立行为模型，接下来分别进行传感元件和电路部分的设计，根据设计结果进行布局设计，这两部分的工作都是并行进行的。然后汇总到工艺设计和制造部分，完成整个压力传感器的设计。