Ratio-type Capacitance Measurement Circuit for femto-Farad Resolution

A ratio type of capacitance measurement circuit is proposed to measure an extremely small value of the fF capacitance on this paper. This measurement circuit is formed with a switched-capacitor integrator, a comparator, and logic circuit blocks to control the switches. It converts the measured ratio value between the known value of on-chip capacitor and the unknown value of capacitor to the digital signal. The fF capacitance with minimized error can be obtained by calculating this ratio. This proposed circuit is designed with standard CMOS $0.18{\mu}m$ process, and various HSpice simulations prove that this capacitance measurement circuit is able to measure the capacitance under 5fF with less than ${\pm}0.3%$ error rate.

펨토 패럿 측정을 위한 비율형 커패시턴스 측정 회로

본 논문에서는 매우 작은 절대 값을 갖는 펨토 패럿 단위의 커패시턴스를 측정 할 수 있는 비율형 커패시턴스 측정 회로를 제안하였다. 제안한 측정 회로는 스위치 커패시터 적분기와 비교기 그리고 스위치를 제어하는 논리 회로와 카운터로 구성되어 있으며, 측정하고자 하는 커패시턴스와 이미 값이 알려진 온-칩 커패시터간의 비율을 측정하고 그 값을 디지털 신호로 출력한다. 그리고 이 비율 값을 통해 오차가 상당부분 제거된 펨토 패럿 단위의 커패시턴스를 구해낼 수 있다. 제안한 커패시턴스 측정 회로는 표준 CMOS $0.18{\mu}m$ 공정을 사용하여 설계되었으며, HSpice 시뮬레이션에서 5fF 이하의 아주 작은 커패시턴스를 오차율 ${\pm}0.3%$ 이내에서 측정이 가능함을 보였다.