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研究生: 李明儒
Ming-Ju Lee
論文名稱: 靜電式微機電元件電容感測電路之設計、模擬與實現
Design, Simulation and Implementation of CMOS Capacitive Sensing Circuit for MEMS Electrostatic Devices
指導教授: 陳榮順
Roug-Shun Chen
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 奈米工程與微系統研究所
Institute of NanoEngineering and MicroSystems
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 53
中文關鍵詞: 電容感測電路靜電式微機電元件
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  • 本論文研究靜電式微機電元件之電容感測電路,由於微元件之電容訊號輸出極微小(fF等級)且易受雜訊所干擾,故需要一能抵抗雜訊、高準確度的電路系統來作感測。而本論文提出一具高解析度、高靈敏度的電容感測電路,包含電容電壓轉換(Capacitance-Voltage Converter)和差動式感測電路之架構,藉由HSPICE軟體的分析,對所設計之電容感測電路進行性能上的模擬,可得到高線性度的結果,證明此電容感測電路之可行。且透過國家晶片系統設計中心(CIC),利用tsmc 0.35□m Mixed-Signal 2P4M Polycide 3.3/5V製程,製作完成後建構SOI晶圓為基材的靜電式微元件與感測電路之整合平台,針對理論和模擬進行驗證。所設計的差動式電容感測電路可量測的最小電容變化量達到2 fF,靈敏度則為每1 fF的改變量可得到約4.3 mV的電壓輸出。由於電容感測電路具有與CMOS積體電路之製程匹配、量測穩定度高等優點,將能應用於微加速度計、微陀螺儀等微慣性元件上,確保微慣性感測元件所需之性能,未來可應用於汽車之安全氣囊或導航系統中訊號的感測。


    摘要 I 誌謝 II 目錄 III 圖表目錄 VI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 同步偵測電路 2 1.2.2 切換式電容感測電路 4 1.2.3 擬差動式感測電路 6 1.3 本文大綱 9 第二章 系統架構與分析 10 2.1整體系統架構 10 2.2梳狀式靜電致動器結構分析 11 2.3電容感測電路設計 15 2.3.1 二級運算放大器 15 2.3.2 電容電壓轉換器 18 2.3.3 差動式電容感測電路 20 2.4結果與討論 22 第三章 模擬結果與討論 23 3.1 電容感測電路 23 3.1.1 二級運算放大器模擬結果 23 3.1.2 電容感測電路模擬結果 27 3.2 光罩佈局 31 3.3 結果與討論 33 第四章 製程與實驗結果 34 4.1元件製程步驟 34 4.2 元件製程結果 35 4.3 電路測試結果 37 4.3.1 電容電壓轉換器一之量測結果 37 4.3.2 電容電壓轉換器二之量測結果 43 4.3.3 差動式電容感測電路之量測結果 45 4.4 整體系統量測 47 4.5 結果與討論 49 第五章 結論與未來工作 50 5.1 本論文之貢獻 50 5.2 未來工作 51 參考文獻 52

    [1] N. Wongkomet, “Position Sensing for Electrostatic Micropositioners,” Ph. D. Dissertation, University of California at Berkeley, 1998.
    [2] J. C. L□tters, W. Olthuis, P. H. Veltink and P. Bergveld, “A Sensitive Differential Capacitive to Voltage Converter for Sensor Applications,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 48, pp.89-96, 1999.
    [3] 鍾啟晨,The design of micro-capacitive sensing circuit for inertial sensor,國立清華大學碩士論文,2004.
    [4] 徐俊凱,The Test, Simulation and Improvement of Differential Capacitive Sensing Circuit,國立交通大學碩士論文,2005.
    [5] A. Srivastava, M. R. Gumma and J. Cherukuri, “Readout Interface Circuits for MOS C-V Sensors,” Circuits and Systems, 1994., Proceedings of the 37th Midwest Symposium on, Vol. 1, pp. 187-190, 1994.
    [6] S. Ogawa, Y. Oisugi, K. Mochizuki and K. Watanabe, “A Switched-Capacitor Interface for Differential Capacitance Transducers,” Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on, Vol. 48, pp. 1122-1124, 1999.
    [7] B. E. Boser, “Electronics for Micromachined Inertial Sensors,” in Proc. 1997 Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, Jun. 1997, pp. 1169-1172.
    [8] Y. Satuby, U. Ben-Yehuda, C. G. Jakobson, J. Shenider, D. Lavie, Y. Nemirovsky, S. Kaldor, M. Hershkovitz and E. Netzer “Electrostatically Driven Micro Resonator with a CMOS Capacitive Read Out,” Electrical and Electronics Engineers in Israel, 1995., pp. 2.5.2-1~5.
    [9] H. H. Woodson and J. R. Melchez’zr, Electromechanical Dynamics, Part 1: Discrete System, Chap. 3, John Wiley & Sons, New York, 1968.
    [10] W. C. Tang and T. H. Nguyen, “Laterally Driven Polysilicon Resonant Microstructure,” Sensors and Actuators, vol. 20, pp.25-32,1989.
    [11] Behzad Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill, 2001.

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