Design of BiCMOS Signal Conditioning Circuitry for Piezoresistive Pressure Sensor

압저항형 압력센서를 위한 BiCMOS 신호처리회로의 설계

In this paper, we have designed signal conditioning circuitry for piezoresistive pressure sensor. Signal conditioning circuitry consists of voltage reference circuit for sensor driving voltage and instrument amplifier for sensor signal amplification. Signal conditioning circuitry is simulated using HSPICE in a single poly double metal $1.5\;{\mu}m$ BiCMOS technology. Simulation results of band-gap reference circuit showed that temperature coefficient of $21\;ppm/^{\circ}C$ at the temperature range of $0\;{\sim}\;70^{\circ}C$ and PSRR of 80 dB. Simulation results of BiCMOS amplifier showed that dc voltage gain, offset voltage, CMRR, CMR and PSRR are outperformed to CMOS and Bipolar, but power dissipation and noise voltage were more improved in CMOS than BiCMOS and Bipolar. Designed signal conditioning circuitry showed high input impedance, low offset and good CMRR, therefore, it is possible to apply sensor and instrument signal conditioning circuitry.

본 논문에서는 압저항형 압력센서를 위한 신호처리회로를 설계하였다. 신호처리회로는 압저항형 압력센서를 구동하기 위한 기준전압 회로와 미소한 센서 신호의 증폭을 위한 인스트루먼트 증폭기로 구성이 되어있다. 신호처리회로는 단일 폴리 이중 메탈(single poly double metal) $1.5\;{\mu}m$ BiCMOS 공정 파라미터를 이용하여 HSPICE로 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과, 밴드갭 기준전압회로의 온도 계수는 $0\;{\sim}\;70^{\circ}C$의 범위에서 $21\;ppm/^{\circ}C$였고 PSRR은 80 dB였다. BiCMOS 증폭기의 이득, 옵셋, CMRR, CMR, PSRR, 특성은 CMOS나 바이폴라보다 우수하였고 전력소비 및 잡음전압 특성은 CMOS가 우수하였다. 설계한 신호처리 회로는 옵셋이 적고 입력 임피던스가 높으며 CMRR 특성이 우수하기 때문에 센서 및 계측용 신호처리회로로서 사용하기에 적합하다.