Noise and thermal stability of vibrating micro-gyrometers preamplifiers

The preamplifier is a critical component of gyrometer's electronics. Indeed the resolution of the sensor is limited by its signal to noise ratio, and the gyrometer's thermal stability is limited by its gain drift. In this paper, five different kinds of preamplifiers are presented and compared. Finally, the design of an integrated preamplifier is shown in order to increase the gain stability while reducing its noise and size.Comment: Submitted on behalf of EDA Publishing Association (http://irevues.inist.fr/EDA-Publishing

Architecture for Integrated Mems Resonators Quality Factor Measurement

In this paper, an architecture designed for electrical measurement of the quality factor of MEMS resonators is proposed. An estimation of the measurement performance is made using PSPICE simulations taking into account the component's non-idealities. An error on the measured Q value of only several percent is achievable, at a small integration cost, for sufficiently high quality factor values (Q > 100).Comment: Submitted on behalf of EDA Publishing Association (http://irevues.inist.fr/EDA-Publishing

Les capteurs magnétiques en technologies microsystèmes

NUMBER OF PAGES : 218Les microsystèmes sur silicium intégrés aux circuits numériques donnent une dimension nouvelle aux systèmes monopuces (ou SoC - System on Chip) en ajoutant des fonctionnalités à leur interface avec le monde réel (capteurs et actionneurs). Etant fabriqués en utilisant des procédés venant de la micro-électronique, les microsystèmes sur silicium sont appelés à jouer un rôle primordial dans les technologies de l'information et de la communication (TIC). En associant des fonctions mécaniques, optiques, thermiques, fluidiques, magnétiques ou même biochimiques avec une électronique de contrôle et de traitement de l'information très performante, les microsystèmes sont bien en passe de révolutionner le marché des semi-conducteurs. L'intégration des capteurs et des actionneurs dans les puces micro-électroniques ouvre un formidable éventail de possibilités. En effet, les puces de cette nouvelle génération peuvent devenir des systèmes autonomes, gérant de façon optimale leur consommation tout en récupérant de l'énergie environnante. Elles disposent de capacités de communication avec d'autres puces voisines, par des liens radio, optique, acoustique ou infrarouge. Fondamentalement, elles sont capables de percevoir leur environnement, d'analyser les données qui en émanent, et d'interagir en conséquence avec celui-ci

Capteur intégré tactile d'empreintes digitales à microstructures piezorésistives

ISBN 2-913329-98-5Nowadays, the need of identifying users is becoming more and more necessary for several typical operations as access controls, workstation login or electronic banking. In this way, many systems as credit cards, mobile phones or computers require keys or alphanumeric passwords. Biometrics recognition is envisaging new solutions using constant features of the user's body with the convenience that they can't be lost, forgotten or stolen. We can give as examples the human speech, the characteristic of the face, the pattern of the iris and so on. Most applications are based on the fingerprint pattern that is the easiest to use. A typical fingerprint covers an area of about 100 mm² and includes several characteristic points so called minutia (generally a number from 12 to 20). Extracting their relative positions, these minutia allow to create a specific signature for each user guaranteeing a secured identification. It is possible to classify fingerprint sensors according to the read mechanism it works (mechanical, optical, capacitance and thermal) and according to the sensor array arrangement (single line, full or partial matrix of pixels). Until now the most used sensing part geometry has been the full or partial array but in this case the sensor is very expensive due to the fact that it covers a large area of silicon. We propose to realize a fingerprint sensor composed by a unique row of microstructures (in fact three in the case of the prototypes presented in this thesis) so as to minimize the size of the chip and consequently its prize. In order to obtain a complete image from this single row of pixels, the user has to pass his finger following a translation movement above the active area of the sensor. In the same time, the different gauges included in the microbeams are scanned. The resistivity change induced by the microstructure deflections (i.e. the finger relief) is then amplified and numerized (8 bit i.e. 256 gray scales) using the integrated electronic interface.A l'heure de l'explosion des réseaux informatiques, le besoin d'identifier les personnes à distance devient de plus en plus nécessaire pour effectuer diverses opérations comme les contrôles d'accès ou les paiements sécurisés. Jusqu'à présent, la saisie d'un code alphanumérique reste la solution la plus utilisée. Cette solution, bien qu'ayant le mérite d'être très simple, a le désavantage de ne pas certifier que l'individu qui entre le code est bien celui qu'il prétend être. Une autre possibilité qui s'offre à nous, est d'utiliser la biométrie en identifiant directement les traits corporels de l'utilisateur. Le caractère physique le plus simple à utiliser est sans contestation l'empreinte digitale utilisée depuis plus d'un siècle par la police. L'extraction des points de bifurcation ou d'arrêt des courbes formant l'empreinte (les minuties) permet de créer une signature propre à chaque individu, garantissant ainsi avec une probabilité proche de l'unité l'identité de celui-ci. Il est possible de classifier les capteurs d'empreintes digitales selon leur mode de fonctionnement (capteurs optiques, thermiques ou mécaniques) et selon leur géométrie (capteurs en matrice ou en ligne). Jusqu'à présent, les capteurs matriciels sont les plus utilisés mais il sont chers du fait de la grande surface de silicium utilisée. Nous proposons de réaliser un capteur d'empreintes digitales composé d'une unique rangée de microstructures (en fait trois rangées dans le cas des prototypes présentés dans ce mémoire) afin de minimiser la taille de la puce et par conséquent son prix. Afin d'obtenir l'image de l'intégralité de l'empreinte, l'utilisateur passe son doigt à la surface du capteur suivant un mouvement de translation. Durant le passage du doigt, les reliefs de ce dernier induisent des contraintes au sein des microstructures et donc une variation de résistance électrique au niveau des jauges piezorésistives. Cette variation de résistance électrique est alors amplifiée, filtrée et numérisée (sur 8 bits soit 256 niveaux de gris) en utilisant l'électronique intégrée au sein du capteur

Les interfaces microélectroniques

ISBN: 2746205068Les microsystèmes sur silicium intégrés aux circuits numériques donnent une dimension nouvelle aux systèmes monopuces (ou SoC - System on Chip) en ajoutant des fonctionnalités à leur interface avec le monde réel (capteurs et actionneurs). Étant fabriqués en utilisant des procédés venant de la micro-électronique, les microsystèmes sur silicium sont appelés à jouer un rôle primordial dans les technologies de l'information et de la communication (TIC). En associant des fonctions mécaniques, optiques, thermiques, fluidiques, magnétiques ou même biochimiques avec une électronique de contrôle et de traitement de l'information très performante, les microsystèmes sont bien en passe de révolutionner le marché des semi-conducteurs. L'intégration des capteurs et des actionneurs dans les puces micro-électroniques ouvre un formidable éventail de possibilités. En effet, les puces de cette nouvelle génération peuvent devenir des systèmes autonomes, gérant de façon optimale leur consommation tout en récupérant de l'énergie environnante. Elles disposent de capacités de communication avec d'autres puces voisines, par des liens radio, optique, acoustique ou infrarouge. Fondamentalement, elles sont capables de percevoir leur environnement, d'analyser les données qui en émanent, et d'interagir en conséquence avec celui-ci

Les microsystèmes thermiques

ISBN: 2746205076Les microsystèmes sur silicium intégrés aux circuits numériques donnent une dimension nouvelle aux systèmes monopuces (ou SoC - System on Chip) en ajoutant des fonctionnalités à leur interface avec le monde réel (capteurs et actionneurs). Etant fabriqués en utilisant des procédés venant de la micro-électronique, les microsystèmes sur silicium sont appelés à jouer un rôle primordial dans les technologies de l'information et de la communication (TIC). En associant des fonctions mécaniques, optiques, thermiques, fluidiques, magnétiques ou même biochimiques avec une électronique de contrôle et de traitement de l'information très performante, les microsystèmes sont bien en passe de révolutionner le marché des semi-conducteurs. L'intégration des capteurs et des actionneurs dans les puces micro-électroniques ouvre un formidable éventail de possibilités. En effet, les puces de cette nouvelle génération peuvent devenir des systèmes autonomes, gérant de façon optimale leur consommation tout en récupérant de l'énergie environnante. Elles disposent de capacités de communication avec d'autres puces voisines, par des liens radio, optique, acoustique ou infrarouge. Fondamentalement, elles sont capables de percevoir leur environnement, d'analyser les données qui en émanent, et d'interagir en conséquence avec celui-ci

Digital architecture for vibrating inertial sensors: modularity, performances, self-calibrations

International audienceThis paper presents a fully integrated inertial instrument composed of a vibrating sensor and a Field-Programmable Gate Array (FPGA) device. This digital architecture ensures the electronic driving of the resonator and its response measurement in a reduced space. The current FPGA performances allow to easily adjust frequency, phase and magnitude of the excitation respectively better than 1 µHz, 10 µrd, and 0,01 % of full scale. Therefore, this architecture is especially suitable to the use of feedback-control loops. The instrument is connected to an On Board Computer by serial communication. The performances obtained with this architecture are 0,8 µg bias instability, 60 µg of residual thermal bias stability for the accelerometer, 1 °/h bias instability, and 0,03 °⁄√h angular random walk for gyroscope

Electrically induced stimuli for MEMS self-test

A major problem for applying self-test techniques to MEMS is the multi-domain nature of the sensing parts that require special test equipment for stimuli generation. In this work we describe, for three different types of MEMS that work in different energy domains, how the required nonelectrical test stimuli can be induced onchip by means of electrical signals. This provides the basis for adding BIST strategies for MEMS parts embedded in the coming generation of integrated systems. The first case corresponds to an accelerometer as a review of a classical example. The last two cases correspond to piezoresistive and infrared sensors that we use in innovative applications under development in our Laboratory, and for which the self-test methods are new to our knowledge. The last case is also illustrated as a complete application that corresponds to an infrared imager. The on-chip test signal generation proposed requires only slight modifications and allows production test of the imager with a standard test equipment, without the need of special infrared sources and the associated optical equipment. The test function can also be activated off-line in the field for validation and maintenance purposes