본 논문에서는 MEMS 용량형 각속도 센서용 프로그래머블 CMOS 인터페이스 회로를 제작하고, 이를 MEMS 센싱 엘리먼트와 결합하여 평가하였다. 본 회로는 10 bit 프로그래머블 캐패시터 어레이 를 이용한 전하 증폭기, 오프셋 미세 조정을 위한 9 비트 DAC, 출력 민감도의 미세 조정을 위한 10 비트 PGA를 내장하여, 오프셋 및 민감도 오차를 정밀 조정할 수 있다. 제작 결과 자동 이득 제어 회로를 포함한 자가 발진 루프의 정상 동작을 확인하였다. 오프셋 오차와 민감도 오차는 각각 0.36%FSO 와 0.19%FSO 로 측정되었으며, 잡음 등가 해상도와 바이어스 불안정도는 각각 0.016 deg/sec 와 0.012 deg/sec 으로 평가되었다. 본 회로의 조정 기능을 이용하여 MEMS 용량형 각속도 센서의 기생 용량으로 인하여 발생되는 출력 오프셋 및 출력 민감도의 산포를 감소시킬 수 있으며, 이는 센서의 양산성 및 수율 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
In this paper, the CMOS programmable interface circuit for MEMS gyroscope is presented, and evaluated with the MEMS sensing element. The circuit includes the front-end charge amplifier with 10 bit programmable capacitor arrays, 9 bit DAC for accurate offset calibration, and 10 bit PGA for accurate gain calibration. The self oscillation loop with automatic gain control operates properly. The offset error and gain error after calibration are measured to be 0.36 %FSO and 0.19 %FSO, respectively. The noise equivalent resolution and bias instability are measured to be 0.016 deg/sec and 0.012 deg/sec, respectively. The calibration capability of this circuit can reduce the variations of the output offset and gain, and this can enhance the manufacturability and can improve the yield.
