With CMOS scaling seemingly slowing down because of physical and economic limit, there has been a growing interest new functions and applications of CMOS technology. If CMOS technology can be exploited to implement sensing transducers, sensor can gain advantage in integration level as well as cost. Therefore, this paper proposes sensing transducers for humidity, atmospheric pressure, and acceleration using a standard CMOS process. Also, as read-out circuit optimized for the implemented sensing transducers, an energy-efficient capacitance-to-digital converter(CDC) based on dual-quantization architecture is proposed. Consequently, the proposed Sensors-on-Chip (SoC) integrates humidity, air pressure, and acceleration sensors on one chip with CDC and achieves a resolution of 0.0014%RH/$\surd Hz$, 0.08psi/$\surd Hz$, 4.57mg/$\surd Hz$, respectively.
최근 반도체 scaling이 물리적 그리고 경제적 한계에 부딪힘에 따라 CMOS 공정의 다양한 활용성에 관심이 높아지고 있다. 만약 CMOS 공정을 이용해 센싱 소자의 구현이 가능하다면 값비싼 MEMS 공정이나 추가 공정을 피할 수 있을 뿐만 아니라 read-out 회로와의 집적이 가능해 훨씬 값싼 센서가 가능할 것이다. 이에 본 연구는 standard CMOS 공정을 이용한 습도, 압력, 가속도 센싱 소자 구조를 제안하였다. 또한 구현된 센싱 소자들에 최적화된 read-out 회로를 설계하기 위해 이중 양자화 구조를 기반으로 하는 에너지 효율적인 커패시턴스-디지털 변환기를 제안하였다. 최종적으로 습도, 압력, 가속도 센서를 커패시턴스-디지털 변환기와 함께 한 칩에 집적한 센서-온-칩을 구현하였으며 각각 0.0014%RH/$\surd Hz$, 0.08psi/$\surd Hz$, 4.57mg/$\surd Hz$ 의 해상도를 성취하였다.
