Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
286109		Capacitive CMOS readouts for high performance MEMS accelerometers / MEMS ivmeölçerler için yüksek performans kapasitif okuma devreleri Yazar:UĞUR SÖNMEZ Danışman: DOÇ. DR. HALUK KÜLAH ; PROF. DR. TAYFUN AKIN Yer Bilgisi: Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Konu:Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering Dizin:Tümdevre tasarımı = Integrated circuits design	Onaylandı Yüksek Lisans İngilizce 2011 160 s.
MEMS ivmeolcer sistemleri, son yıllarda olan gelisimleri ile seyrusefer uygulamaları icingerekli performans kriterlerine yaklasmaktadır, ve de bu nedenle seyrusefer sistemler piyasasınınMEMS ivmeolcerlere olan ilgisinin gelecek yıllarda artması beklenmektedir. Klasikivmeolcer sistemlerine kıyasla, MEMS ile mikroislenmis duyargalar cok daha kucuk ve dedayanıklı ancak performans olarak daha kotu olmaktadırlar. Ancak MEMS ivmeolcerlerintaktik uygulamalarda ve de elektronik aletler piyasasında kullanımının yaygınlasmasına baglıolarak, MEMS ivmeolcerlerin uretim sureclerinin ciddi sekilde degismeden seyrusefer uygulamalarındada kullanılabilmesine dair ciddi bir ilgi vardır.Bu arastırmanın amacı, daha onceden uretilmis kapasitif kapalı dongu MEMS ivmeolcerlerinperformans seviyesine seyrusefer uygulamalarına hazır hale getirmektir. Bu amaca ulasmakicin sistem seviyesindeki mimari degisiklikler ve de yeni bir elektronik devre tasarımı ile,ivmeolcer gurultusunun dusurulmesi planlanmaktadır. Degisik ivmeolcerlere uygulanabilirbir dorduncu derece ?? modulator mimarisi secilmistir, ve de bu sayede gurultu sekillendirmefonsksiyonu mekanik yapıdan programlanabilir elektronik devreye aktartılmıs¸tır. Ayrıca, tasarlananokuma devresinin performansını iyiles¸tirmek amacıyla yeni bir operasyonel transkonviduktans yukseltgeci (OTA) devre mimarisi gelistirilmistir.Elektronik devrenin tasarım ve de uretimi 0.35 µm CMOS teknolojisinde gelistirilmistir. Yenitasarlanan okuma devreleri ile birlikte uretilen MEMS ivmeolcer duyargaları birlestirilmistirve de ivmeolcerlerin 1g icerisinde performans seviyeleri olculmustur. Hibrit ivmeolcer sisteminin 5.95 µg/karekokHz gurultu, 6.4 µg ofset kararsızlıgı, 131.7 dB dinamik aralık ve 37.2 g olculebilir ivme aralıgı performans kriterlerine sahip oldugu test edilmistir. ODTU 'de aynı ivmeolcer ile daha onceden yapılan bir uygulamada elde edilen 152 µg/karekokHz gurultu, 50 µg ofset kararsızlıgı, 106.8 dB dinamik aralık ve 33.5 g olculebilir ivme aralıgı de?gerlerine kıyasla gurultude 25 katlık ve de dinamik calısma aralıgında 24 dB'lik gelisme gosterilmistir.
MEMS accelerometers are quickly approaching navigation grade performance and navigationmarket for MEMS accelerometer systems are expected to grow in the recent years. Comparedto conventional accelerometers, these micromachined sensors are smaller and more durablebut are generally worse in terms of noise and dynamic range performance. Since MEMS accelerometersare already dominant in the tactical and consumer electronics market, as they arein all modern smart phones today, there is significant demand for MEMS accelerometers thatcan reach navigation grade performance without significantly altering the developed processtechnologies.This research aims to improve the performance of previously fabricated and well-knownMEMS capacitive closed loop ?? accelerometer systems to navigation grade performancelevels. This goal will be achieved by reducing accelerometer noise level through significantchanges in the system architecture and implementation of a new electronic interface readoutASIC. A flexible fourth order ?? modulator was chosen as the implementation of theelectro-mechanical closed loop system, and the burden of noise shaping in the modulator wasshifted from the mechanical sensor to the programmable electronic readout. A novel operaivtional transconductance amplifier (OTA) was also designed for circuit implementation of theelectronic interface readout.Design and fabrication of the readout was done in a standard 0.35 µm CMOS technology.With the newly designed and fabricated readout, single-axis accelerometers were implementedand tested for performance levels in 1g range.The implemented system achieves 5.95 µg/sqrt Hz, 6.4 µg bias drift, 131.7 dB dynamic rangeand up to 37.2 g full scale range with previously fabricated dissolved epitaxial wafer process(DEWP) accelerometers in METU MEMS facilities. Compared to a previous implementationwith the same accelerometer element reporting 153 µg/sqrtHz, 50 µg bias drift, 106.8 dB dynamicrange and 33.5 g full scale range; this research reports a 25 fold improvement innoise, 24 dB improvement in dynamic range and removal of the deadzone region.