An increasingly common interest in the topic of sensors has included the need for measuring the surrounding environment.
Pressure is among these important environmental factors, as accurate and low-power sensors have been in demand for a multitude of applications in consumer and industrial electronics.
In this paper, a pressure sensing technique based on measuring the relative permittivity of air is introduced.
Previous works in this area are mostly centered around mechanical sensors paired with electrical read-out circuits.
However, the proposed CMOS-based pressure sensor is able to achieve the full sensing process electrically, from the sensing itself to the readout, with no need for post-processing or mechanical parts.
This technique can also be adjusted to measure other air permittivity-related characteristics such as temperature and humidity as well.
Within this scope, a differential RC time-delay-based Capacitance-to-Voltage Converter (CVC) is additionally implemented to convert the sensing capacitance value from the transducer into an analog signal.
The proposed differential architecture addresses several issues such as low-frequency $1/f$ noise, static offset capacitance, and differential mismatch.
Systematically, the linearity error of this conversion technique is sufficiently small for the precise translation of capacitance into an observable output.
Overall, this chip was realized with a 0.25$\mu$ CMOS process, and consumed 1.3 mW of power using a 2.5-V supply.
센서 항목의 공통 관심사는 점점 주변 환경을 측정하기위한 필요성을 포함하고있다.
정확하고 저전력 센서는 소비자 및 산업용 전자 애플리케이션의 다양한 수요에왔다으로 압력이 중요한 환경 적 요인 중 하나다.
본 논문에서는, 공기의 비유 전율 측정에 기초하여 압력 감지 기술이 도입된다.
이 분야에서 기존의 연구는 주로 전기 판독 회로와 결합 기계적 센서를 중심으로하였다.
그러나, 제안 된 CMOS 기반 압력 센서는 후 처리 또는 기계 부품에 대한 필요성없이 전체 측정 과정을 전기적인 요소들로 처리를 할수있다.
이 기술은 압력뿐만 아니라 온도 및 습도 등의 다른 공기 유전율 관련 특성을 측정하기 위해 조정될 수있다.
이 범위 내에서, 미분 RC 시간 지연 기반 커패시턴스-전압 변환기를 추가적으로 아날로그 신호로 변환기로부터 센싱 커패시턴스 값을 변환하도록 구현된다.
제안 된 차동 아키텍처는 낮은 주파수 소음 및 정적 오프셋 용량 과 차등 불일치 등 여러 가지 문제를 해결한다.
체계적이 변환 기술의 선형 오류가 관찰 출력으로 용량의 정확한 번역을 위해 충분히 작다.
전반적으로,이 칩은 0.25-um CMOS 프로세스로 실현하였고, 2.5-V 공급 사용하여 1.3 mW의 전력이 소비되었다.
