Temperature-aware ratio metric analog-to-digital readout interface for MEMS resonant sensors
Interface de lecture ratiometrique analogique-numérique conscient en température pour les capteurs MEMS résonants
Résumé
MEMS technology has allowed the development of sensors with good performance in terms of resolution, sensitivity, consumption, etc... As in every sensor, the sensitivity to the measured quantity must be maximized, and the sensitivity to every other fluctuations, such as drifts and noises, must be minimized or compensated for enhanced resolution. Recently, differential architectures based on weakly coupled MEMS resonators have emerged as a good candidate for high thermal stability measurement. In such devices, the deferentially sensed information is modulated through the resonators output signals, and measured by either extracting the phase difference or the amplitude ratio of these signals. While the former is generally preferred because of its quasi-digital nature, the latter offers higher resolution, and higher immunity from undesired fluctuations, improving the signal to noise ratio. These features of the amplitude ratio measurement have motivated our research for an efficient way of computing and converting this quantity from the analog into the digital domain. The proposed readout interface is based on sigma-delta analog-to-digital converter (Sigma-Delta ADC), and targeted for automotive applications with a temperature range from -40 to 125 °C. The circuits are implemented using SOI-CMOS 180nm technology of XH018 series from X-FAB Silicon Foundries.
La technologie MEMS a permis le développement de capteurs avec bonnes performances en termes de résolution, de sensibilité, de consommation, etc... Comme dans tout capteur, la sensibilité au grandeur mesuré doit être maximisée, et la sensibilité aux fluctuations, telles que le dérive et le bruit, doivent être minimisées pour améliorer la résolution. L'effet de température peut-être compensé en utilisant des capteurs différentiels basés sur des résonateurs MEMS faiblement couplés. Dans tels dispositifs, les informations détectées différentiellement sont modulées à travers les signaux de sorties de deux résonateurs, et mesurées soit par la différence de phase, soit par le rapport d'amplitude entre ces signaux. Alors que le premier est généralement préféré en raison de sa nature quasi numérique, le dernier offre une résolution plus élevée, mais aussi une bonne immunité contre les fluctuations indésirables, améliorant donc le rapport signal sur bruit. Ces caractéristiques de la mesure du rapport d'amplitude motivent nos recherches pour un moyen efficace de déterminer et de convertir cette quantité du domaine analogique vers le domaine numérique. L'interface de lecture proposée est basée sur un convertisseur analogique-numérique sigma-delta (Sigma-Delta-ADC), et est destinée aux applications automobiles, avec une plage de température de -40 à 125 °C. Les circuits ont été conçus sous la technologie SOI-180nm de la série XH018 des Fonderies X-FAB.
Origine : Version validée par le jury (STAR)