Tez No İndirme Tez Künye Durumu
383382
A versatile 5th order sigma-delta modulation circuit for MEMS capacitive accelerometer characterization / Kapasitif MEMS ivmeölçer karakterizasyonu için çok yönlü 5 dereceli sigma-delta modülasyon devresi
Yazar:TUNJAR ASGARLI
Danışman: PROF. DR. TAYFUN AKIN
Yer Bilgisi: Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Konu:Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin:
Onaylandı
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
115 s.
Kapasitif MEMS ataletsel algıyacıların gelişimiyle, kapasitif MEMS ivmeölçer sistemlerinin çizgisellik, gürültü taban ve bant genişlik gibi performans parametrelerinin daha da arttırılması için literatür de tonlarca araştırma çıkmıştır. Yalnızca yapılan araştırmalar tek referans noktası olan ve yüksek performanslı algılayıcı devrelerin tasarımını çok değiştiren sensör özellikleridir. Tasarlanan geçirici devreler ivmeölçer parametrelerine yüksek bağımlılık gösterir ve ivmeölçer parametrelerindeki ufak değişiklikler bile sistemin stabilite temelli çöküşüne sebep olabilir. Gelişmiş üretim tekniklerinin az tolerans ve yüksek verimlilikle ivmeölçer üretimi sağlamasına rağmen üretilmiş aygılayıcıların kalifiye edilmesi için detaylıca karakterize edilmiş devrelere ihtiyaç vardır. Bu tür devreler geniş yelpazede ve yüksek toleransta ivmeölçerlerden bilgi aktarılmasını sağlayabilir. Bu tez çok uyumlu ivmeölçer karakterizasyon devresi önermektedir. Temel görev olan değişik aygılayıcılarla tekrar tasarım aşaması gerektirmeden uyum sağlama basit voltaj-okuma yöntemi ile yapılmaktadır. ΣΔ modülasyonu elde edilmesi için 2 seviyeli analog ve 3 seviyeli sayısal filtrelerden oluşan karışık sinyalli döngü kurulmuştur. Nabız yoğunluk modülasyonlu voltaj çıkışı kapalı döngü oluşturmak için tekrardan ivmeölçere beslenerek, sistemin çizgiselliği, bant genişliği ve çalışma aralığı büyük ölçüde geliştirilmiştir. Önerilen sistem MATLAB Simulink ortamında simule edilmiş ve gürültü tabanı 35 μg/√Hz olarak bulunmuştur.
With the significant developments in capacitive MEMS inertial sensors, tons of studies in the literature trying to enhance the performance parameters of MEMS capacitive accelerometer systems such as linearity, noise floor and bandwidth further has emerged. However, all the studies are conducted on a certain reference point, which is mainly the properties of the accelerometer sensor that alter a lot in the design of the high performance interface readout circuit. The designed interface circuits usually adopt high dependence on the accelerometer parameters and little variations on the accelerometer sensor due to fabrication impurities may result in the stability collapse of the whole system. Even though the advanced fabrication procedures allow the fabrication of the accelerometers with negligible tolerance and high yield, a precisely characterization extracted circuit is required to qualify the fabricated accelerometer sensor. Such a circuit can propose data readout from capacitive accelerometer of a wide range and high tolerance. This thesis presents the design of a highly coherent accelerometer characterization circuit. The major duty of front end compatibility to variety of sensor with no need to be redesigned is sustained by the use of simple voltage-mode approach. A mixed-signal loop consisting of 2 analog and 3 programmable digital filters is constructed for ΣΔ modulation. PDM voltage output is supplied back to the accelerometer electrodes to end up with closed-loop circuit, increasing the linearity, bandwidth and range of the system in a great sense. The proposed system is simulated in MATLAB Simulink Environment with two different sensors. The system is found out to have 35 μg/√Hz noise floor, nearly quarter of which is caused by the accelerometer.