دانلود مقاله ترجمه شده شتاب سنج کاملا یکپارچه بی سیم پیوند سیمی با معماری قرائت حلقه بسته – 2015 IEEE

شتاب سنج کاملا یکپارچه بی سیم پیوند سیمی با معماری قرائت حلقه بسته

A Fully-Integrated Wireless Bondwire Accelerometer With Closed-loop Readout Architecture

چکیده

مقدمه

المان حسگر

مدل مکانیکی حسگرهای اینرسی پیوند سیمی

فرکانس تشدید مکانیکی

اندوکتانس پیوند سیمی

بسته بندی حسگر

تجزیه و تحلیل تغییرات و قابلیت اطمینان

مدار بازخوانی پیشنهادی

دمدولاتور FM مبتنی بر PLL

بلوک های مداری دمدولاتور PLL

تقویت کننده میان گذر و SAR ADC

فرستنده بی سیم

نتایج آزمایشگاهی

ویژگی های حسگر

مشخص سازی رابط الکتریکی

اعتبارسنجی سیستم

نتیجه گیری

چکیده

این مقاله یک شتاب سنج کاملا مجتمع بی سیم پیوند سیمی با استفاده از یک رابط بازخوانی حلقه بسته را معرفی می کند که به طور موثر نویز مدارهای الکتریکی و تغییرات بلند مدت فرکانسی را کاهش می دهد. شتاب سنج پیشنهادی با استفاده از فناوری CMOS 0.18 میکرومتر بدون پردازش سیستم های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) ساخته شد. برای کاهش دادن خطاهای ساخت، حسگرهای اینرسی پیوند سیمی بر روی پدهای تراشه به صورت سیم متصل شده، در نتیجه طول و فضای دقیق بین پیوند سیمی های اندازه گیری حاصل می شود. شتاب سنج بی سیم پیشنهادی، با استفاده یک جفت پیوند سیمی به ابعاد 15.2 و 25.4 میکرومتر به بهره مبدل خطی 33 mV/g ، پهنای باند 5 کیلو هرتز، کف نویز 700 μg/√Hz و 4.5 μg پایداری بایاس دست می یابد. دادهای شتاب به وسیله ی یک ADC SAR 10 بیتی با راندمان انرژی بالا دیجیتالی شده و سپس به صورت بی سیم بلادرنگ به قرائت گر خارجی توسط یک فرستنده ی کم توان با کلیدزنی شیفت قطع و وصل (OOK) ارسال می شود.. ساختار پیشنهادی تنها 9 وات توان مصرف می کند و مساحت تراشه برابر با 2 * 2.4 میلی متر است.

V- نتیجه گیری

این مقاله یک شتاب سنج بی سیم کاملاً مجتمع با استفاده از حسگرهای پیوند سیمی در یک فرایند 0.18- CMOS بدون یکپارچه سازی MEMS / IC را ارائه می دهد. یک جفت پیوند سیمی نازک و ضخیم از جنس طلا به عنوان حسگرهای اینرسی به جای استفاده از مواد مختلف مورد استفاده قرار گرفت. در آینده، پیوندهای سیمی کم هزینه از جنس مس می توانند برای کاهش هزینه مورداستفاده قرار گیرند. ساختار بازخوانی بازخورد ، پیاده سازی شد ،در نتیجه پایداری بایاس افزایش یافته و حذف نویز بیش از 30 دسی بل در پهنای باند مورد نظر محقق می شود. سیستم شتاب سنج بی سیم بر روی تراشه به پایداری بایاس4.5 μg ، کف نویز μg/√Hz 700، و پهنای باند بهره هموار 5 کیلو هرتز دست یافت، در حالی که تنها 9 میلی وات توان مصرف می کند. برای صرفه جویی در مصرف توان ، PLL در فرستنده تبدیل مستقیم مورد استفاده مجدد قرار گرفت. شتاب سنج تراشه می تواند کاربردهای پیشرفته ای را فراهم کند که به سیستم های اندازه گیری سبک، کم هزینه ، مانند لوازم الکترونیک مصرفی برای مراقبت های بهداشتی، بازی و تلفن های همراه احتیاج دارد.

Abstract

This paper presents a fully-integrated wireless bondwire accelerometer using a closed-loop readout interface that effectively reduces the noise from electrical circuits and long-term frequency drifts. The proposed accelerometer was fabricated using 0.18- μm CMOS technology without micro electromechanical systems (MEMS) processing. To reduce manufacturing errors, the bondwire inertial sensors are wire-bonded on the chip pads, thereby enabling a precisely-defined length and space between sensing bondwires. The proposed wireless accelerometer using a pair of 15.2 μm and 25.4 μm bondwires achieves a linear transducer gain of 33 mV/g, bandwidth of 5 kHz, a noise floor of 700 μg/√Hz, and 4.5 μg bias stability. The acceleration data is digitalized by an energy-efficient 10-bit SAR ADC and then wirelessly transmitted in real time to the external reader by a low-power on-off shift keying (OOK) transmitter. The proposed architecture consumes 9 mW and the chip area is 2 mm × 2.4 mm.

V- CONCLUSION

This paper presented a fully-integrated wireless accelerometer using bondwire sensors on a 0.18- μg CMOS process without MEMS/IC integration. A pair of thin and thick gold bondwires was used as inertial sensors instead of using different materials. In the future, low-cost copper bondwires can be used for further cost reduction. A feedback readout architecture was implemented, thereby improving bias stability and providing noise suppression over 30 dB in required bandwidth. The wireless accelerometer system-on-a-chip achieved a bias stability of 4.5 μg, a noise floor of 700 μg/√Hz, and flat-gain bandwidth of 5 kHz, while only consuming 9 mW. To further save power consumption, the PLL was reused in the direct-conversion transmitter. The single chip accelerometer can enable advanced applications that require light-weight, low-cost wearable inertial sensing systems, such as consumer electronics for healthcare, gaming and mobiles.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

شتاب سنج کاملا یکپارچه بی سیم پیوند سیمی با معماری قرائت حلقه بسته

A Fully-Integrated Wireless Bondwire Accelerometer With Closed-loop Readout Architecture