Implementation of Analog Signal Processing ASIC for Vibratory Angular Velocity Detection Sensor

This paper presents the implementation of an analog signal-processing ASIS to detect an angular velocity signal from a vibrator angular velocity detection sensor. The output of the sensor to be charge appeared as the variation of the capacitance value in the structure of the sensor was detected using charge amplifiers and a self oscillation circuit for driving the sensor was implemented with a sinusoidal self oscillation circuit using the resonance characteristics of the sensor. Specially an automatic gain control circuit was utilized to prevent the deterioration of self-oscillation characteristics due to the external elements such as the characteristic variation of the sensor process and the temperature variation. The angular velocity signal, amplitude-mod)Hated in the operation characteristics of the sensor, was demodulated using a synchronous detection circuit. A switching multiplication circuit was used in the synchronous detection circuit to prevent the magnitude variation of detected signal caused by the amplitude variation of the carrier signal. The ASIC was designed and implemented using 0.5${\mu}{\textrm}{m}$ CMOS process. The chip size was 1.2mm x 1mm. In the experiment under the supply voltage of 3V, the ASIC consumed the supply current of 3.6mA and noise spectrum density from dc to 50Hz was in the range of -95 dBrms/√Hz and -100 dBrms/√Hz when the ASIC, coupled with the sensor, was in normal operation.

진동형 각속도 검출 센서를 위한 애널로그 신호처리 ASIC의 구현

본 논문은 진동형 각속도 검출 센서로부터 각속도 신호를 검출하는 애널로그 신호처리 ASIC의 구현에 관한 것이다. 각속도 검출 센서의 출력은 구조적으로 콘덴서의 용량변화로 나타나므로 이를 검출하기 위하여 전하 증폭기를 이용하였으며, 센서의 구동에 필요한 자체발진회로는 각속도 검출 센서의 공진 특성을 이용한 정현파 발진회로로 구현하였다. 특히 센서의 제조 공정으로 인한 특성 변화나 온도 변화와 같은 외부 요인에 의한 자체발진특성의 열화를 방지하기 위하여 자동이득조절회로를 사용하였다. 진동형 각속도 검출 센서의 동작특성에 의하여 진폭변조 형태로 나타나는 각속도 신호를 검출하기 위하여 동기검파회로를 사용하였다. 동기검파회로에서는 반송파의 크기에 따라 검파신호의 크기가 달라지는 현상을 방지하기 위하여 스위칭 방식의 곱셈회로를 사용하였다. 설계된 칩은 0.5㎛ CMOS 공정으로 구현하였으며, 1.2㎜×1㎜의 칩 크기로 제작되었다. 실험 결과 3V의 전원전압에서 3.6mA의 전류를 소비하였으며, 칩과 각속도 센서를 결합한 정상동작상태에서 직류에서 50㎐까지 잡음 스펙트럼 밀도는 -95 dBrms/√㎐에서 -100 dBrms/√㎐ 사이에 존재하였다.