Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference (한국정보통신학회:학술대회논문집)

The Korea Institute of Information and Commucation Engineering (한국정보통신학회)
권호 표지

CMOS Interface Circuit for MEMS Acceleration Sensor

MEMS 가속도센서를 위한 CMOS 인터페이스 회로

  • Jeong, Jae-hwan (Dept. of Electronics Engineering, University of Incheon) ;
  • Kim, Ji-yong (Dept. of Electronics Engineering, University of Incheon) ;
  • Jang, Jeong-eun (Dept. of Electronics Engineering, University of Incheon) ;
  • Shin, Hee-chan (Dept. of Electronics Engineering, University of Incheon) ;
  • Yu, Chong-gun (Dept. of Electronics Engineering, University of Incheon)
  • 정재환 (인천대학교 전자공학과) ;
  • 김지용 (인천대학교 전자공학과) ;
  • 장정은 (인천대학교 전자공학과) ;
  • 신희찬 (인천대학교 전자공학과) ;
  • 유종근 (인천대학교 전자공학과)
  • Published : 2012.10.26
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Abstract

This paper presents a CMOS interface circuit for MEMS acceleration sensor. It consists of a capacitance to voltage converter(CVC), a second-order switched-capacitor (SC) integrator and comparator. A bandgap reference(BGR) has been designed to supply a stable bias to the circuit and a ${\Sigma}{\Delta}$ Modulator with chopper - stabilization(CHS) has also been designed for more suppression of the low frequency noise and offset. As a result, the output of this ${\Sigma}{\Delta}$ Modulator increases about 10% duty cycle when the input voltage amplitude increases 100mV and the sensitivity is x, y-axis 0.45v/g, z-axis 0.28V/g. This work is designed and implemented in a 0.35um CMOS technology with a supply voltage of 3.3V and a sampling frequency of 3MHz sampling frequency. The size of the designed chip including PADs is $0.96mm{\times}0.85mm$.

본 논문에서는 MEMS 가속도센서를 위한 CMOS 인터페이스 회로를 설계하였다. 설계된 CMOS 인터페이스 회로는 CVC(Capacitance to Voltage Converter), 그리고 SC-Integrator와 Comparator를 포함하는 ${\Sigma}{\Delta}$ Modulator로 구성되어 있다. 회로에 일정한 Bias를 공급할 수 있도록 Bandgap Reference를 이용하였으며, 저주파 잡음과 offset을 감소시키기 위하여 ${\Sigma}{\Delta}$ Modulator에 CHS(Chopper-Stabilization) 기법을 사용하였다. 그 결과 설계된 ${\Sigma}{\Delta}$ Modulator의 출력은 입력 전압 진폭이 100mV가 증가할 때 duty cycle은 10%의 비율로 증가하고, 전체 회로의 Sensitivity는 x, y축은 0.45V/g, z축은 0.28V/g의 결과를 얻을 수 있었다. 제안된 CMOS 인터페이스 회로는 CMOS 0.35um공정을 이용하여 설계되었다. 입력 전압은 3.3V이며, 샘플링 주파수는 2MHz이다. 설계된 칩의 크기는 PAD를 포함하여 $0.96mm{\times}0.85mm$이다.

Keywords