용량형 압력센서용 디지탈 보상 인터페이스 회로설계

Design of Compensated Digital Interface Circuits for Capacitive Pressure Sensor

출력신호를 검출하기 위한 집적화한 용량형 압력센서를 구현하기 위해서는 센서의 특성에 나쁜 영향을 미치는 기생용량, 온도/열 드리프트 및 누설전류 등의 요소가 개선 되어야 한다. 본 논문에서는 2개의 용량-주파수 변환기와 4비트 디지탈 보상회로로 구성된 새로운 이상적인 인터페이스 회로를 설계 하였다. 이 회로는 센싱 센서 주파수를 기준 센서 주파수로 나누어줌으로써 드리프트 및 누설전류의 영향이 제거될 수 있도록 설계 되었고, 신호 전송시 잡음의 영향이 적은 디지탈 신호를 처리하도록 되어있다. 그르므로 이 회로는 디지탈 비트수를 늘려 줌으로 출력신호의 분해능을 향상 시킬 수 있다. 또 이 회로 중 디지털 부분은 FPGA 칩으로 제작되어 그 작동이 확인 되었다.

In order to implement the integrated capacitive pressure sensors, which contains integrated interface circuits to detect the electrical output signal, several main factors that have a bad effect on the characteristics of sensors must be improved, such as parasitic capacitance effects, temperature/thermal drift, and the leakage current of a readout circuitry. This paper describes the novel design of the dedicated CMOS readout circuitry that is consists of two capacitance to frequency converters and 4 bit digital logic compensating circuits. Dividing the oscillation frequency of a sensing sensor by that of reference sensor, this circuit is designed to eliminate the thermal/temperature drift and the effect of the leakage currents, and to access a digital signals to obtain a high signal-to-noise(S/N)ratio. Therefore, the resolution of this circuit can be increased by increasing the number of the digital bits. Digital compensated circuits of this circuits, except for the C-F converters, are fabricated on a FPGA chip, and fundamental performance of the circuits are evaluated.