15、低功耗电子设备设计：MEMS 谐振器与 SRAM 单元的优化策略

低功耗电子设备设计：MEMS 谐振器与 SRAM 单元的优化策略

在当今科技飞速发展的时代，低功耗电子设备的需求日益增长。无论是可穿戴设备、无线传感器网络，还是便携式智能终端，都对能源的高效利用提出了极高的要求。本文将聚焦于两种关键的低功耗设计技术：宽带 MEMS 谐振器的设计优化以及超低功耗亚阈值 SRAM 单元的设计，旨在为读者深入剖析这两项技术的原理、设计方法以及实际应用中的优势。

宽带 MEMS 谐振器：高效能量收集的利器

研究背景与需求

随着传统能源资源的日益有限和能源消耗的不断增加，对非传统能源的研究变得愈发重要。机械振动作为一种几乎无处不在的能源，成为了为低功耗设备和无线传感器供电的潜在选择。基于压电材料的能量转换方法是目前较为成熟的技术，早期的设备多采用基于 PZT 陶瓷的悬臂梁结构，但随着 MEMS 技术的发展，微加工结构逐渐崭露头角。

设计细节

• 结构组成 ：所提出的能量收集设备采用方形膜结构，由 SiO₂ 和 Si₃N₄ 两层基底生长在 Si 衬底上，接着依次生长导电层、溶胶 - 凝胶 PZT 层和顶部电极层。外部负载通过支柱与膜连接，为避免负载对膜质量的影响，接触点尽可能小。
• 设计目标 ：主要目标是降低谐振频率和膜的厚度，使设备能够对各种微小的振动源做出响应。然而，膜厚度的减小会导致谐振频率升高，因此需要优化膜的横向尺寸。经过优化，膜的横向尺寸确定为 10mm×10mm，SiO₂ 和 Si₃N₄ 的厚度分别为 1.67µm 和 1.56µm。
• 内部质量块配置