Silicon surface micromachined gyroscopes using mems technology
Mems teknolojisi ile silisyum yüzey mikroişlenmiş jiroskoplar
- Tez No: 93025
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Mikro Elektro Mekanik Sistemler (MEMS), Açısal Hız Dedektörü, Mikroişlenmiş Jiroskop, Kapasitif Okuma Devresi. VI, Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), Angular Rate Sensor, Micromachined Gyroscope, Capacitive Readout Circuit. IV 1G TOESICOGMÎTM WMMJ
- Yıl: 2000
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 236
Özet
oz MEMS TEKNOLOJİSİ İLE SİLİSYUM YÜZEY-MİKROİŞLENMİŞ JİROSKOPLAR Alper, Said Emre Yüksek Lisans, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Tayfun Akın Eylül 2000, 207 sayfa Mikroişlenmiş jiroskoplar düşük maliyetleri ve küçük boyutları sebebiyle son yıllarda büyük ilgi görmektedirler ve füzelerde güdüm kontrolü, otomobillerde aktif süspansiyon kontrolü, ve çeşitli tüketici elektronik cihazları gibi birtakım askeri ve sivil uygulamalarda kullanılmak üzere daha yüksek performans ve verime sahip jiroskoplar üretmek için farklı açılardan geniş çaplı çalışmalar yürütülmektedir. Bu tezde bir açısal hız dedektör sisteminde kullanılmak üzere çeşitli mikroişlenmiş jiroskoplann geliştirilmesi anlatılmaktadır. Sistem, bir mikroişlenmiş kapasitif jiroskop ve bir CMOS kapasitif okuma devresinden oluşmaktadır. Çeşitli mikroişlenmiş jiroskoplar ANSYS yazılımı kullanılarak yapılan sonlu eleman simulasyonlan ile tasarlanmıştır. Bu simülasyonlar cihazın çalışmasını doğrulamak ve sürüş ile sezim titreşim modlarının rezonans frekanslarının eşitlemekte kullanılmıştır. Tasarlanan yongadaki yapılatın serimleri, MCNC/Cronos süreci tarafından sunulan standart, ticari, üç-katman polisilisyumlu bir yüzey mikroişleme yöntemine göre hazırlanmıştır. Yonga, 11 adet farklı jiroskopgeometrisini ve toplam 26 adet jiroskop test yapışım kapsamaktadır. Ayrı jiroskop yapılarının kapladıkları alanlar 500jim x 500(i.m'den lmm x lmm'ye kadar değişmekte ve tüm yapıların serimleri lcm x lcm'lik bir çip alanını kaplamaktadır. Üretilen yongadaki yapılar test edilmiş, ve 8 yapımn çalışması doğrulanmıştır. Çalışan yapıların rezonans frekansları 7 kHz'den 30 kHz'e kadar değişmektedir. Üretilen mikroişlenmiş jiroskoplar, harici olarak uygulanan açısal hıza jirsokobun tepki olarak küçük kapasitans değişimleri oluşturması şeklinde tarif edilen kapasitif prensibe göre çalışmaktadır. Birkaç femtofarad seviyesinde olan bu küçük kapasitans değişimleri, hassas bir okuma devresi kullanılarak tespit edilebilmektedir. Bu çalışmada, yeni bir okuma devresi tasarlanmış ve bu devre standart 0.8u\m bir CMOS sürecinde üretilmiştir. Üretilen devre 700fim x 550(im kadar bir alan kaplamakta ve 5 V güç kaynağı kullanıldığında 20 mW güç harcamaktadır. Devrenin tam işlevselliği doğrulanmış ve devrenin 0. 1 fF'dan daha küçük kapasitans değişimlerini tespit edebildiği ve 45 mV/fF'dan daha iyi bir hassasiyet sergilediği gösterilmiştir. Son olarak, üretilen okuma devresi yongası ile jiroskoplar bir açısal hız dedektör sistemi geliştirmek üzere birbirine bağlanmıştır. Hibrit bağlanmış jiroskop sistemi 1 cm 'den daha küçük bir alanı kaplamakta ve 5 gr.'dan daha hafif gelmektedir.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT SILICON SURFACE MICROMACfflNED GYROSCOPES USING MEMS TECHNOLOGY Alper, Said Emre M.Sc, Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Tayfım Akın September 2000, 207 pages Micromachined gyroscopes have found large attention in recent years due to their low cost and small size, and there are extensive studies with different approaches to implement gyroscopes with increased performance and high yield for a number of military and industrial applications, such as guidance control of missiles, active suspension control in automobiles, and various consumer electronics devices. This thesis demonstrates the development of various micromachined gyroscopes to be used in a complete angular rate sensor system. The system is composed of a micromachined capacitive gyroscope and a CMOS capacitive readout circuit. Various gyroscopes were designed using the finite element (FEM) simulations with the ANSYS software. These simulations were used to verify the device operation and to match the resonant frequencies of the drive and sense vibration modes. The chip layout of the designed structures were prepared using a commercially available three-layer polysilicon standard surface micromachining process provided by the MCNC/CRONOS foundry. The chip contains 1 1 separate 111gyroscope geometries and a total of 26 gyroscope test structures. Individual gyroscope structures occupy areas ranging from 500fim x 500|Lim to 1mm x 1mm, and the layouts of all structures occupy a 1cm x 1cm chip area. The structures in the fabricated chip were tested, and operation of 8 structures was verified. The resonant frequencies of the working gyroscopes range from 7 kHz to about 30 kHz. The operation of the fabricated micromachined gyroscopes were based on the capacitive principle, where the gyroscopes provide a small capacitance change due to externally applied angular rotation. Therefore, small capacitance changes of few femtofarads need to be detected using a sensitive readout circuit. In this study, a new readout circuit was designed and implemented in a standard 0.8^im CMOS process. The fabricated circuit measures 700|im x 550|Lim and dissipates 20 mW power from a 5 V supply. The full functionality of the chip was verified, and it was shown that the chip can detect capacitance changes smaller than 0. 1 fF, and provides a sensitivity better than 45 mV/fF. As the final work, the fabricated readout circuit chip and gyroscopes were connected to develop an angular rate sensor system. The hybrid connected gyroscope system occupies an area less than 1 cm2 and weights less than 5gr.
Benzer Tezler
- Wafer level vacuum packaging of MEMS sensors and resonators
MEMS sensör ve rezonatörler için pul seviyesinde vakum paketleme
MUSTAFA MERT TORUNBALCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
PROF. DR. MEHMET ALİ SAHİR ARIKAN
- A fully-differential bulk-micromachined MEMS accelerometer with interdigitated fingers
İçiçe geçmiş parmaklar ile tam-diferensiyel gövde-mikroişlenmiş MEMS ivmeölçer
OSMAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- A silicon micromachined frost sensor for industrial applications
Endüstriyel uygulamalar için silisyum mikroişlenmiş buzlanma duyargası
SAİD MUTAKA KAFUMBE
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAYFUN AKIN
- Development and microfabrication of capacitive micromachined ultrasound transducers with diamond membranes
Elmas membranlı kapasitif mikroüretilmiş ultrason çevirgeçlerin geliştirilmesi ve üretilmesi
MEHMET CEZAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. BARIŞ BAYRAM
- Design and verification of diamond based capacitive micromachined ultrasonic transducer
Elmas tabanlı ultrasonik çevirgeçler?in tasarımı ve doğrulanması
AHMET MURAT ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. BARIŞ BAYRAM