A Novel Digital Closed Loop MEMS Accelerometer Utilizing a Charge Pump

Abstract

This paper presents a novel digital closed loop microelectromechanical system (MEMS) accelerometer with the architecture and experimental evaluation. The complicated timing diagram or complex power supply in published articles are circumvented by using a charge pump system of adjustable output voltage fabricated in a 2P4M 0.35 µm complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) process, therefore making it possible for interface circuits of MEMS accelerometers to be integrated on a single die on a large scale. The output bitstream of the sigma delta modulator is boosted by the charge pump system and then applied on the feedback comb fingers to form electrostatic forces so that the MEMS accelerometer can operate in a closed loop state. Test results agree with the theoretical formula nicely. The nonlinearity of the accelerometer within ±1 g is 0.222% and the long-term stability is about 774 µg.

Optimal Design of a Center Support Quadruple Mass Gyroscope (CSQMG)

“…A MEMS gyro sensitive structure fabrication process based on SOG and inductively coupled plasma deep reactive ion etching (ICP DRIE) with an aspect ratio of about 20 developed by Peking University is shown in Figure 11 a [ 26 , 27 , 28 ]. The starting wafers are 4 inch highly doped silicon wafer produced by OKMETIC (Vantaa, Finland) and a Pyrex 7740 glass wafer.…”

An Analog Interface Circuit for Capacitive Angle Encoder Based on a Capacitance Elimination Array and Synchronous Switch Demodulation Method

“…Many demodulation schemes are available for angle sensors [19,20,21,22], but there is no integrated circuit that has been specifically designed for it. The common capacitive angular displacement sensor usually needs a high supply voltage which leads to large power consumption, and the demodulation circuit is complex and difficult to integrate.…”

Effect of nonlinear control on resonance in a self-oscillating accelerometer

“…Таким образом, подходы, широко применяемые в измерительной технике, имеют общий недостаток: необходимо снижать чувствительность прибора для расширения полосы пропускания вследствие особенностей линейного контура управления, используемого в подавляющем большинстве конструкций акселерометров [1,[4][5][6][7].…”

“…Традиционно для измерения ускорения используется подвешенная на упругих элементах инерционная масса, которая может перемещаться вдоль оси чувствительности прибора [1,12]. В случае линейного контура измерения фиксируется перемещение инерционной массы под действием приложенного ускорения посредством измерения связанной с ней физической величины: напряжения, емкости, тока или силы, которую необходимо приложить для возврата инерционной массы в положение равновесия (компенсационные приборы) [5][6][7].…”

“…На рис. 3 представлена амплитудночастотная характеристика (АЧХ) чувствительного элемента для всех вариантов датчиков (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11). На графике изображено отношение амплитуды колебаний чувствительного элемента датчиков А int при различных частотах внешнего воздействия к амплитуде колебаний в момент отсутствия внешнего воздействия А int0 (f -частота измеряемого сигнала; f 0 -собственная частота чувствительного элемента).…”