目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 微系統(tǒng)技術(shù)概述 2
1.1.1 微系統(tǒng)概念的提出 2
1.1.2 微系統(tǒng)技術(shù)的內(nèi)涵 3
1.1.3 微系統(tǒng)的主要分類 4
1.1.4 微系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 7
1.1.5 微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展前景 7
1.2 微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展歷程 8
1.2.1 美國微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展概況 8
1.2.2 歐洲微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展概況 10
1.2.3 日本微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展概況 11
1.2.4 我國微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展概況 12
1.3 微系統(tǒng)典型應(yīng)用現(xiàn)狀 14
1.3.1 航空航天領(lǐng)域 14
1.3.2 軍事裝備領(lǐng)域 16
1.3.3 其他典型領(lǐng)域 17
1.4 導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制微系統(tǒng) 20
1.4.1 導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù)概述 20
1.4.2 微系統(tǒng)技術(shù)與GNC技術(shù)的關(guān)系 20
1.4.3 GNC微系統(tǒng)的基本特征 22
1.4.4 GNC微系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 23
1.4.5 典型GNC微系統(tǒng)技術(shù)概述 25
1.4.6 GNC微系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展前景 28
參考文獻(xiàn) 29
第2章 GNC微系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù) 33
2.1 概述 34
2.1.1 微系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 34
2.1.2 GNC微系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 37
2.1.3 典型GNC微系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 38
2.2 GNC微系統(tǒng)通用架構(gòu)設(shè)計(jì) 47
2.2.1 通用架構(gòu)總體設(shè)計(jì) 48
2.2.2 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì) 49
2.2.3 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì) 53
2.2.4 即插即用設(shè)計(jì) 60
2.2.5 多場耦合性能設(shè)計(jì) 65
2.3 GNC微處理器技術(shù) 68
2.3.1 微處理器概述 68
2.3.2 微處理器分類 69
2.3.3 微處理器架構(gòu) 70
2.3.4 GNC微處理器應(yīng)用設(shè)計(jì) 71
2.3.5 GNC微處理器軟件優(yōu)化設(shè)計(jì) 74
2.3.6 GNC微處理器軟件優(yōu)化實(shí)例 75
參考文獻(xiàn) 76
第3章 GNC微系統(tǒng)工藝技術(shù) 79
3.1 概述 80
3.2 微系統(tǒng)工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 80
3.2.1 2D集成封裝技術(shù) 81
3.2.2 2.5D集成封裝技術(shù) 82
3.2.3 3D集成封裝技術(shù) 84
3.3 微系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù) 95
3.3.1 微凸點(diǎn)技術(shù) 95
3.3.2 重布線技術(shù) 97
3.3.3 硅通孔技術(shù) 99
3.3.4 無源器件集成技術(shù) 103
3.3.5 芯粒技術(shù) 106
3.3.6 光電子集成技術(shù) 109
3.4 晶圓級封裝關(guān)鍵技術(shù) 112
3.4.1 圓片級芯片規(guī)模封裝技術(shù) 112
3.4.2 GNC微系統(tǒng)核心器件晶圓級封裝技術(shù) 116
3.5 GNC微系統(tǒng)三維熱管理技術(shù) 120
3.5.1 微流道技術(shù) 120
3.5.2 微熱管技術(shù) 123
3.5.3 微型熱電制冷技術(shù) 125
3.5.4 高熱導(dǎo)率導(dǎo)熱薄膜技術(shù) 127
3.6 GNC微系統(tǒng)工藝技術(shù)發(fā)展趨勢 129
3.6.1 MEMS慣性器件的平面化技術(shù) 129
3.6.2 微感知與微執(zhí)行器件的先進(jìn)集成技術(shù) 131
3.6.3 GNC微系統(tǒng)的3D集成技術(shù) 134
參考文獻(xiàn) 135
第4章 GNC微系統(tǒng)典型器件技術(shù) 139
4.1 概述 140
4.2 微感知器件技術(shù) 140
4.2.1 衛(wèi)星導(dǎo)航芯片 140
4.2.2 微型磁強(qiáng)計(jì) 142
4.2.3 MEMS氣壓計(jì) 145
4.2.4 紅外焦平面探測器 148
4.2.5 MEMS激光雷達(dá) 150
4.2.6 微波光子雷達(dá) 153
4.2.7 微型星敏感器 156
4.3 微執(zhí)行器件技術(shù) 160
4.3.1 微型舵機(jī) 160
4.3.2 微型電機(jī) 163
4.3.3 微型推進(jìn)器 165
4.4 其他典型微器件技術(shù) 171
4.4.1 芯片級原子鐘 171
4.4.2 微型數(shù)據(jù)鏈芯片 176
參考文獻(xiàn) 182
第5章 MEMS慣性器件技術(shù) 185
5.1 概述 186
5.1.1 MEMS陀螺儀的基本原理及分類 186
5.1.2 MEMS陀螺儀國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 187
5.1.3 MEMS加速度計(jì)的基本原理及分類 189
5.1.4 MEMS加速度計(jì)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 190
5.1.5 MEMS慣性器件的發(fā)展趨勢 194
5.2 MEMS陀螺儀的典型結(jié)構(gòu)方案 195
5.2.1 線振動(dòng)式MEMS陀螺儀 195
5.2.2 角振動(dòng)式MEMS陀螺儀 196
5.2.3 振動(dòng)環(huán)式或固體波動(dòng)式MEMS陀螺儀 196
5.3 MEMS陀螺儀敏感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 198
5.3.1 MEMS陀螺儀動(dòng)力學(xué)方程 198
5.3.2 MEMS陀螺儀檢測軸結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 200
5.3.3 敏感結(jié)構(gòu)彈性梁及工作模態(tài)設(shè)計(jì) 201
5.3.4 敏感結(jié)構(gòu)電容極板設(shè)計(jì) 202
5.4 MEMS陀螺儀檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 203
5.4.1 微小電容檢測電路 203
5.4.2 MEMS陀螺儀驅(qū)動(dòng)控制回路 204
5.4.3 MEMS陀螺儀開環(huán)相敏檢測回路 205
5.4.4 MEMS陀螺儀閉環(huán)檢測回路 207
5.4.5 陀螺儀控制電路的集成 208
5.5 MEMS加速度計(jì)的典型結(jié)構(gòu)方案 209
5.5.1 “三明治”式MEMS加速度計(jì) 209
5.5.2 扭擺式MEMS加速度計(jì) 210
5.5.3 梳齒式MEMS加速度計(jì) 212
5.5.4 硅諧振式MEMS加速度計(jì) 213
5.6 電容式MEMS加速度計(jì)設(shè)計(jì) 214
5.6.1 電容式MEMS加速度計(jì)動(dòng)力學(xué)方程 214
5.6.2 “三明治”式MEMS加速度計(jì)敏感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 215
5.6.3 電容式MEMS加速度計(jì)開環(huán)檢測系統(tǒng) 218
5.6.4 電容式MEMS加速度計(jì)閉環(huán)靜電反饋系統(tǒng) 220
5.7 多軸MEMS慣性器件 223
5.7.1 單片三軸MEMS陀螺儀 223
5.7.2 單片三軸MEMS加速度計(jì) 229
5.7.3 單片六軸慣性測量單元技術(shù) 235
參考文獻(xiàn) 242
第6章 GNC微系統(tǒng)信息融合與控制技術(shù) 245
6.1 概述 246
6.2 GNC微系統(tǒng)多傳感器時(shí)空對準(zhǔn)技術(shù) 246
6.2.1 空間對準(zhǔn)技術(shù)與桿臂誤差 247
6.2.2 時(shí)間對準(zhǔn)技術(shù)與不同步誤差 250
6.3 GNC微系統(tǒng)信息融合設(shè)計(jì) 252
6.3.1 總體設(shè)計(jì) 252
6.3.2 信息融合核心模塊設(shè)計(jì) 252
6.3.3 信息融合優(yōu)化設(shè)計(jì) 263
6.3.4 信息融合設(shè)計(jì)要點(diǎn) 268
6.4 GNC微系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 269
6.4.1 機(jī)載GNC微系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 269
6.4.2 星載GNC微系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 277
6.4.3 彈載GNC微系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 283
6.5 GNC微系統(tǒng)信息融合分析與驗(yàn)證 294
6.5.1 軌跡發(fā)生器設(shè)計(jì) 294
6.5.2 導(dǎo)航數(shù)據(jù)生成 297
6.5.3 信息融合仿真分析 300
6.5.4 信息融合實(shí)測驗(yàn)證 304
參考文獻(xiàn) 308
第7章 GNC微系統(tǒng)誤差分析與測試技術(shù) 311
7.1 概述 312
7.2 GNC微系統(tǒng)導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制誤差分析 313
7.2.1 GNC微系統(tǒng)導(dǎo)航誤差 313
7.2.2 GNC微系統(tǒng)制導(dǎo)誤差 315
7.2.3 GNC微系統(tǒng)控制誤差 317
7.3 GNC微系統(tǒng)典型器件誤差分析 318
7.3.1 GNSS導(dǎo)航模塊誤差 318
7.3.2 MEMS慣性器件誤差 323
7.4 GNC微系統(tǒng)典型工藝誤差分析 328
7.4.1 TSV結(jié)構(gòu) 329
7.4.2 微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu) 336
7.5 GNC微系統(tǒng)的典型環(huán)境誤差分析 337
7.5.1 GNC微系統(tǒng)熱學(xué)環(huán)境誤差 337
7.5.2 GNC微系統(tǒng)力學(xué)環(huán)境誤差 343
7.5.3 GNC微系統(tǒng)電磁環(huán)境誤差 346
7.6 GNC微系統(tǒng)測試技術(shù) 347
7.6.1 GNC微系統(tǒng)典型器件測試技術(shù) 348
7.6.2 GNC微系統(tǒng)三維集成測試技術(shù) 358
7.6.3 GNC微系統(tǒng)一體化測試技術(shù) 361
7.7 典型GNC微系統(tǒng)半實(shí)物仿真與實(shí)際測試 364
7.7.1 半實(shí)物仿真試驗(yàn) 366
7.7.2 跑車試驗(yàn) 368
7.7.3 機(jī)載飛行試驗(yàn) 373
參考文獻(xiàn) 377
第8章 GNC微系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù) 381
8.1 概述 382
8.2 GNC微系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及需求分析 383
8.2.1 GNC微系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀 383
8.2.2 GNC微系統(tǒng)需求分析 399
8.3 GNC微系統(tǒng)應(yīng)用的總體架構(gòu)設(shè)計(jì) 403
8.4 GNC微系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù) 405
8.4.1 路徑規(guī)劃應(yīng)用技術(shù) 405
8.4.2 數(shù)據(jù)鏈微傳輸技術(shù) 409
8.4.3 集群時(shí)敏協(xié)同技術(shù) 410
參考文獻(xiàn) 411
第9章 GNC微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢 415
9.1 GNC微系統(tǒng)發(fā)展面臨的技術(shù)挑戰(zhàn) 416
9.2 GNC微系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ) 421
9.3 GNC微系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢 423
9.3.1 國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線演變 424
9.3.2 我國未來GNC微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢 425
參考文獻(xiàn) 432
附錄 435