MEMS动态测试系统中频闪驱动电路的实现

　　1　引　　言

　　微电子机械系统(MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的新兴学科。由于它与传统机械系统相比具有可大批量生产、成本低、功耗小、易集成化等一系列显著的优点,近十年来得到了迅速的发展。随着MEMS从研究阶段逐渐步入产业化阶段,其对测试系统的需求越来越迫切,特别是对动态特性的测试技术更为迫切。这是因为MEMS的动态特性决定　　了MEMS器件的基本性能;MEMS微结构三维微运动情况、材料属性及机械力学参数、MEMS可靠性与器件失效模式、失效机理等关键问题均可通过MEMS动态测试技术加以解决;同时,通过动态测试技术,还可以研究一系列相关的基础理论问题。因此,MEMS动态测试技术近年来得到了国内外许多MEMS研究机构的高度重视。

　　在MEMS动态测试过程中,由于许多MEMS器件的运动频率都比较高,一般在50k～500kHz左右,甚至更高。在这种情况下,如果用摄像机在连续光照下采集高速运动的MEMS器件的运动图像,由于CCD的曝光时间一般需要30ms,最终得到的图像是模糊的,它不能正确反映MEMS器件在某一个位置的运动情况。如何获得高速运动的MEMS器件的清晰图像是进行MEMS动态特性提取与分析的前提。本文基于机器微视觉的MEMS动态测试系统,利用频闪成像原理,设计了一套频闪驱动电路。

　　2　MEMS动态测试系统的总体构成

　　图1为我们设计的基于机器微视觉的MEMS动态测试系统的总体框图,包括测控软件、高精度CCD摄像机、显微镜、高压驱动电路模块、频闪驱动电路模块、图像采集模块、图像分析与测量模块、信号采集适配器、信号采集与处理模块、GPIB仪器控制、数字万用表、任意波形发生器、控制适配器、精密三维微动探针测试台、测试报告生成模块等。

　　3　频闪成像原理

　　运动的MEMS器件其运动频率都相当高,一般在50k～500kHz左右。为了利用机器微视觉技术对高速运动的MEMS器件的运动特性进行描述,我们引入了频闪成像技术。频闪成像技术来自频闪效应原理。所谓频闪效应,就是物体在人的视野中消失后能留一定时间的视觉印象,即视后效。视后效的持续时间,在物体一般光度的条件下约在1/5～1/20s的范围内。如果来自被观察物体的视刺激信号,是一个跟一个的信号,每两次间隔都少于1/20s,则视觉来不及消失,从而给人以连贯的假象。若用一闪一闪的光照明周期运动的MEMS器件,则MEMS器件的运动频率与闪光频率相等时,即相当于闪光灯“冻结”在某个位置上,通过多次曝光即可得到MEMS器件在此相位的清晰图像。我们可以用图2来更好的理解频闪成像原理。