Tez Arşivi

Hakkımızda

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı

A low-power capacitive integrated CMOS readout circuitry for high performance MEMS accelerometers

Yüksek performanslı MEMS ivmeölçerler için düşük güç tüketimli kapasitif tümleşik CMOS okuma devresi

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 338575 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

This thesis presents a low power capacitive integrated CMOS readout circuitry for high performance MEMS accelerometers. It proposes a linearized model of the complete closed loop accelerometer system, which makes easier of designing and analyzing the system. Designed readout circuitry offers low noise, wide dynamic range and high linearity system with very low power consumption. Designed readout circuit includes proportional integral (PI) controller circuit, which significantly decreases the proof mass deflection of the accelerometer resulting in high linearity and high immunity to sensor parameter changes. Designed system also suppresses the readout circuit noise in a significant amount and this noise suppression allows designing very low power readout circuits without degrading the noise performance of the system. Readout circuit provides highly programmable digital controller circuit, which allows controlling of all digital timing signals, bias currents and voltages, and power consumptions of analog blocks, front-end circuit gain, gain coefficients of PI controller and sigma-delta modulator gain. Designed readout circuit also offers optional external timing signals and optional external voltage reference. The readout circuit is implemented using 0.35 um process. Circuit level and system level simulations are performed in Cadence and MATLAB Simulink environments respectively. The simulations guarantee stability and proper operation of the accelerometer system. As a sensing element, accelerometer having the specifications of 3.5x10-6 F/m sensitivity, 9.5 pF rest capacitance, 2.32 kHz resonant frequency and 4.6 ?g/?Hz Brownian noise, is used. Simulation results show that system has 5.3 ?g/?Hz noise level at the output, ± 19.5 g full scale range, 128.5 dB dynamic range and 1.8 mW power consumption with 3.3 V supply voltage.

Summary:

Bu tez yuksek performanslı MEMS ivmeolçerler ve ivmeolcer sistemleri icin dogrusal model onerilmektedir. Bu dogrusal model sistem analizini ve tasarımını kolaylastırmaktadır. Tasarlanan okuma devresi cok dusuk gurultulu, genis dinamik aralıga ve yuksek dogrusallıga sahip sistemi, dusuk guc tuketimiyle sunmaktadır. Tasarlanan okuma devresi ivmeolcerin hareketini azaltmayı saglayan oransal-integral denetleyici icermektedir ve ivmeolcerin az hareket etmesi yuksek dogrusallıgı ve sensor degiskenlerine baglılıgın azalmasını saglamaktadır. Tasarlanan sistem ayrıca okuma devresi gurultu seviyesini buyuk olcude bastırmaktadır ve bu, sistem performansının dusmesine sebep olmadan dusuk gurultulu okuma devresi tasarlamaya olanak sunmaktadır. Okuma devresi butun sayısal zamanlama sinyallerini, analog devrelerin kutuplama akım ve voltaj degerlerini, ve guc tuketimini, on uc devresinin kazancını, oransal-integral denetleyicinin kazanc katsayılarını ve sigma-delta modulator devresinin kazancını kontrol etmeye olanak saglayan oldukca yuksek programlanabilir ozellige sahip sayısal denetleme devresi icermektedir. Ayrıca, tasarlanan okuma devresi istege baglı olarak cip dısından sayısal zamanlama sinyallerinin ve referans voltajının kullanılmasını saglamaktadır. Okuma devresinin tasarımı 0.35 um CMOS teknolojisinde gelistirilmistir. Devre duzeyinde ve sistem duzeyinde simulasyonlar sırasıyla Cadence ve MATLAB Simulink programlarında yapılmıstır. Simulasyonlar ivmeolcer sisteminin kararlılıgını ve duzgun calısmasını teyit etmistir. Ivmeolcer olarak 3.5x10-6 F/m hassasiyetli, hareketsiz halde 9.5 pF kapasiteye sahip, 2.32 kHz yankılama frekansında ve 4.6 g/Hz Brownian gurultusune sahip bir ivmeolcer kullanılmıstır. Simulasyon sonucları 5.3 g/Hz cıkıs gurultu seviyesi, ± 19.5 g giris aralıgı, 128.5 dB dinamik aralık ve 3.3 V guc kaynagı ile 1.8 mW guc tuketimi oldugunu gostermistir.