MEMS-based AC voltage reference

Saali, Aapo

MEMS-based AC voltage reference

Files

master_Saali_Aapo_2016.pdf (3.39 MB)

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Author

Saali, Aapo

Date

2016-12-12

Major/Subject

Micro and Nanosciences

Mcode

S3037

Degree programme

NanoRad - Master’s Programme in Nano and Radio Sciences (TS2013)

Language

en

Pages

59+9

Abstract

In this thesis, the focus is on a microelectromechanical system (MEMS) based AC voltage reference implemented with digital control electronics. In the theory part, the working principle of the MEMS-based AC voltage reference is described. The voltage reference is based on the pull-in voltage of the MEMS-capacitor. The voltage over the capacitor plates at the pull-in point is stable over time and, therefore, can be used as a reference voltage. The MEMS-capacitor is kept in the pull-in point by using charge control. In measurements and results, the focus is on finding and solving the stability issues that the device has. Temperature, pressure, and humidity dependencies, and the issues with insulation and grounding of the measurement electronics are covered. These issues affect the stability of the reference voltage and, therefore, need to be addressed.

Tässä työssä keskityttiin mikroelektromekaaniseen systeemiin (MEMS) pohjautuvaan vaihtojännitereferenssiin. Teoriaosuudessa käydään läpi MEMS jännitereferenssin toimintaperiaate. Jännitereferenssin toiminta perustuu MEMS-kondensaattorin pull-in-jännitteeseen. Pull-in-pisteessä kondensaattorin levyjen välinen jännite pysyy vakiona ajan suhteen, jolloin tätä jännitettä voidaan näin ollen käyttää referenssijännitteenä. MEMS-kondensaattoria pidetään pull-in-pisteessä virtaohjauksen avulla, joka on toteutettu käyttäen digitaalielektroniikkaa. Mittauksissa keskitytään referenssin jännitteen stabiilisuuteen vaikuttaviin ympäristötekijöihin, kuten lämpötila-, paine- ja ilmankosteusriippuvuuteen. Lisäksi tarkastellaan elektroniikan maadoitusongelmia ja eristämistä, jotka vaikuttavat referenssijännitteen stabiilisuuteen.

Supervisor

Tittonen, Ilkka

Thesis advisor

Manninen, Antti
Immonen, Pekka

Keywords

voltage reference, MEMS, current-driven system, metrology, accelerometer

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201612226213

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC

Show all metadata