ارائه کننده: علیرضا صالحی کلاهی استاد راهنما: دکتر امیر نیک‌پیک استاد ناظر داخلی : دکتر سعید سعیدی استاد ناظر خارج از دانشگاه: دکتر صمد شیخائی (دانشگاه تهران)تاریخ: 1403/12/22 ساعت: 15:30 مکان : اتاق شورا دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

چکیده: سنسورهای خازنی به دلیل دقت بالا، مصرف توان کم و سازگاری با فناوری‌های MEMS در کاربردهای مختلف تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. عملکرد این سنسورها بر تغییرات ظرفیت خازنی ناشی از یک متغیر فیزیکی استوار است که نیازمند مدارهای خوانش دقیق برای تبدیل به سیگنال‌های الکتریکی قابل پردازش می‌باشد. در این پژوهش، انواع مدارهای خوانش سنسورهای خازنی بررسی و تحلیل شده‌اند. سنسور‌ خازنی شتاب‌سنج پاندولی کوارتز در حلقه‌ی تعادلی سروو، به دلیل توانایی تفکیک بیش از   موقعیت مجزای اندازه‌گیری شتاب (وضوح بالا)، از سنسورهای پرکاربرد در ناوبری اینرسی محسوب می‌شود. در این پژوهش، با رویکردی مبتنی بر طراحی سیستمی، توابع تبدیل مدار خوانش ظرفیت، کنترلر و مدار محرک سیم‌پیچ گشتاورساز به‌عنوان اجزای اصلی بخش الکترونیکی سنسور، به‌گونه‌ای تنظیم شده‌اند که محدوده‌ی دینامیکی   ، پهنای باند  و وضوح مناسب برای کاربردهایی نظیر سیستم‌های ایمنی خودرو و کنترل پایداری فراهم شود. با توجه به مشخصات سنسور مورد استفاده، تنظیم ضریب مدار خوانش و مدار محرک سیم‌پیچ گشتاور به مقادیر و  به‌تنهایی تحقق اهداف موردنظر را امکان‌پذیر می‌سازد. ایده‌ی پیاده‌سازی مداری مبتنی بر استفاده از مدولاتور سیگنال حامل تحریک دوگانه، شامل مولد موج دندان ارّه‌ای  و مدار مشتق‌گیر، جهت خوانش تغییرات ظرفیت دیفرانسیلی خازنی سنسور است. استفاده از یک موج ورودی و ایجاد دو شکل موج معکوس و متقارن با استفاده از بافرهای Inverting و Non-inverting، منجر به عدم تقارن شیب سیگنال‌های خروجی و ایجاد خطا در مدار مشتق‌گیر می‌شود. در ایده‌ی پیشنهادی، با کنترل جریان‌های شارژ و دشارژ دو عدد خازن، ولتاژهای مثلثی معکوس و متقارن برای پیاده‌سازی مولد موج دندانه‌ارّه‌ای تولید می‌شوند. در نهایت، جریان حاصل از مشتق ولتاژهای دندانه‌ارّه‌ای، با استفاده از خازن‌های سنسور و مدار مبتنی بر FCOTA، به یک جریان تقریباً ثابت تبدیل می‌شود که متناسب با تغییرات ظرفیت خازنی سنسور و شیب موج دندانه‌ارّه‌ای است. به‌منظور کاهش Ripple خروجی مدار مشتق‌گیر، از فیلترهای پایین‌گذر و مدار نمونه‌بردار بدون نیاز به کلاک خارجی استفاده شده‌است. این رویکرد، نیاز به دیودهای یکسوساز، مدارهای شیفت‌دهنده فاز، میکسر و Pick Detector را در سیستم‌های خوانش ظرفیت حذف می‌کند و کاهش توان مصرفی، کاهش تأخیر اندازه‌گیری و ساده‌سازی مدار از مهم‌ترین دستاوردهای این ایده محسوب می‌شود.