본 논문에서는 용량형 압력센서의 비선형성 문제를 해결하기 위한 적분형 C-V 변환기를 제안하였다. 이 변환기는 스위치 커패시터 적분기와 스위치 커패시터 차동증폭기로 구성되어 있으며 인가된 압력에 반비례하는 센서용량을 전압으로 변환하여 선형적으로 출력한다. 제안된 적분형 C-V 변환기는 PSPICE 시뮬레이션에서 초기 전극간격의 90%에 해당하는 큰 변위에 대해서 0.01%/FS 이하의 매우 낮은 비선형도와 오프셋 용량 및 기생용량에 둔감한 우수한 특성을 보였다. 또한 센서신호처리의 필수기능인 오프셋 보정 및 이득조정이 적분형 C-V 변환기에서 용이하게 구현됨을 보였다.
An intergral C-V converter is proposed to solve the nonlinearity problem of capacitive pressure sensors. The integral C-V converter consists of a switched-capacitor integrator and a switched-capacitor differential amplifier. It converts the sensor capacitance change which is inversely proportional to an applied pressure into a linear voltage output. Various PSPICE simulations prove that the convertor has excellent characteristics, such as low nonlinearity less than 0.01%/FS and low sensitivity to parallel offset capacitance and parasitic capacitance for the displacement range of sensor diaphragm set to 0 ${sim}$ 90% of the initial distance between the electrodes in the simulation. We also show that the offset compensation and the gain trimming are easily achieved with the integral C-V converter.
