Low-power low-noise highly programmable digital accelerometer readout for high performance MEMS accelerometers

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: BERK ENGİN

Danışman: Tayfun Akın

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tez, yüksek performanslı MEMS kapasitif ivmeölçerler için açık döngü ve kapalı döngü karışık yapılandırılabilir karışık sinyal okuma sistemi sunar. İlgili simülasyon modelleriyle birlikte gürültü performansının ve doğrusallığın ayrıntılı analizini gösterir. Her bileşen sistemi hakkında arka plan bilgisi sağlanır ve mümkün olan her yerde denklemler cinsinden ifade edilir. Sistem, düşük gürültü ve yüksek dereceli doğrusallık elde edilebilmesi için çok geniş bir MEMS kapasitif ivmeölçer sensörü aralığı için döngü dinamiği ayarlanabilecek şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca sistem, en düşük sinyal çözünürlüğü karşılığında gerçek zamanlı giriş ivme aralığı seçimine izin verir. Tümleşik devre bileşenleri, okuma sistemi için tüm karışık sinyal sistemi gereksinimlerini karşılamak için Cadence ve MATLAB ortamı kullanılarak tasarlanmış ve simüle edilmiştir. Tezin entegre kısmı, analog ön uç devresi, programlanabilir kazanç yükselticisi, SAR analog-sayısal çevirici ve Delta-Sigma modülatörünün yardımcı blokları ile birleşimi olan Zoom analog-sayısal çevirici, dijital kontrolör, öngerilim üreteci ve çıkış serileştiriciden oluşmaktadır. Entegre devre, isteğe bağlı harici zamanlama sinyalleme ve öngerilim üreteci için son derece programlanabilir özellikler sağlar. Okuma devresinin entegre devresi 0.35 μm CMOS yüksek voltaj prosesi kullanılarak tasarlanmıştır. Sistem performans testleri, 3.5 pF hareketsiz kapasitansı, 5.41 kHz rezonans frekansı, 9.58 kalite faktörü ve 3.03 μg/√Hz Brownian gürültü seviyesi spesifikasyonlarına sahip bir örnek MEMS kapasitif ivmeölçer sensörü için gerçekleştirilmiştir. Sistem simülasyon sonuçlarına göre, sistem ODTÜ MEMS Merkezi kapsamında elde edilen en düşük gürültü seviyesi olan 3.5 μg/√Hz Brownian gürültü seviyesine ulaşmaktadır ve ±20g tam ölçek aralığında çalışmaktadır. Tasarlanan elektronik, 3.3V besleme voltajından 4 mW güç tüketimi gerçekleştirir ve boyutları 4.3x2.25 mm olarak ölçülmüştür.