Eine bekannte Architektur zur A/D-Wandlung ist die Delta/Sigma-Modulation. Angewandt auf mikroelektromechanische Systeme (MEMS) zeichnet sie sich durch perfekte Kompatibilität zu Systemen mit kapazitiver Signalwandlung, elektrostatischer Kraftrückkoppelung und integrierter „Switched Capacitor“-Schaltungstechnik aus. In dieser Arbeit wird eine Auflösungsverbesserung von mikromechanischen Inertialsensoren erzielt, indem die in dieser Systemarchitektur enthaltene Rückkoppelung zusätzlich zur Positionsregelung der seismischen Masse eingesetzt wird. Für den Systementwurf wird ein analytisches Modell des Delta/Sigma-Modulators beschrieben. Dieses Modell charakterisiert die Wandel-, Stabilitäts- und Regeleigenschaften für ein- und mehrdimensionale Positionsregelungen. Das Messverstärkerrauschen wird als signifikanter Störmechanismus bei mikromechanischer Auslegung des Wandlers identifiziert und im Modell berücksichtigt. Mit einer neuen, energiebasierten Makromodellierungsmethode für flexible, „squeeze Film“-gedämpfte Multielektrodenstrukturen werden die mikromechanischen Systemkomponenten dargestellt. Die Makromodelle eignen sich für eine effiziente Systemsimulation im Netzwerksimulator, bilden Nichtlinearitäten, gedämpfte Schwingungseigenmoden und Koppelmechanismen der Strukturen ab und können im analytischen Modell verwendet werden. Anwendungsbeispiele erläutern die vorteilhafte Auflösungsverbesserung von Inertialsensoren beim Einsatz von kraftrückgekoppelten Delta/Sigma-Modulatoren. Experimentelle Ergebnisse an einem Beschleunigungssensor mit gesteigerter Empfindlichkeit demonstrieren eine Auflösungsverbesserung um 12dB auf ein eingangseitiges Rauschniveau von 1.6mgearth,rms/√Hz und bestätigen das analytische Modell.     «

Eine bekannte Architektur zur A/D-Wandlung ist die Delta/Sigma-Modulation. Angewandt auf mikroelektromechanische Systeme (MEMS) zeichnet sie sich durch perfekte Kompatibilität zu Systemen mit kapazitiver Signalwandlung, elektrostatischer Kraftrückkoppelung und integrierter „Switched Capacitor“-Schaltungstechnik aus. In dieser Arbeit wird eine Auflösungsverbesserung von mikromechanischen Inertialsensoren erzielt, indem die in dieser Systemarchitektur enthaltene Rückkoppelung zusätzlich zur Positi...     »

A well known architecture for A/D-conversion is the Delta/Sigma-modulation. Being applied to microelectromechanical systems (MEMS) it fits perfectly to systems with capacitive transduction, electrostatic force feedback and integrated switched capacitor circuitry. In this work, an improved resolution of micromechanical inertial sensors is achieved, by using the feedback loop, which is inherent to this system architecture, to additionally control the position of the seismic mass. For the system design an analytical model of the Delta/Sigma-modulator is set up. The model describes the transduction, stability and conversion properties for one- and multidimensional position controls. The noise of the sense amplifier is identified as a significant signal source in a micromechanical Delta/Sigma-modulator and is included in the model. A new, energy based macromodeling method for flexible, squeeze film damped multielectrode structures is used to characterize the micromechanical components. The resulting models are particularly suitable for an efficient system simulation in a network simulator. They feature non-linearities and coupling mechanisms of the structure and can be used in the analytical model. The improved resolution of inertial sensors using force-feedback Delta/Sigma-modulators is illustrated by examples. Experimental results of an acceleration sensor with enhanced sensitivity verify the analytical model and demonstrate an increase in resolution by 12dB, reducing the input related noise floor to 1.6mgearth,rms/√Hz.     «

A well known architecture for A/D-conversion is the Delta/Sigma-modulation. Being applied to microelectromechanical systems (MEMS) it fits perfectly to systems with capacitive transduction, electrostatic force feedback and integrated switched capacitor circuitry. In this work, an improved resolution of micromechanical inertial sensors is achieved, by using the feedback loop, which is inherent to this system architecture, to additionally control the position of the seismic mass. For the system de...     »