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1 - GÉNÉRALITÉS ET PROCÉDÉS DE FABRICATION

2 - TRANSDUCTIONS UTILISÉES DANS LES MEMS

3 - ÉLECTRONIQUE DE CONDITIONNEMENT

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : R430 v1

Électronique de conditionnement
Les capteurs MEMS - Principes de fonctionnement

Auteur(s) : Gilles AMENDOLA, Patrick POULICHET, Laure SEVELY, Laurie VALBIN

Date de publication : 10 mars 2011

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INTRODUCTION

Cet article est le premier d’une suite de deux articles, [R 430] et [R 431], traitant du vaste sujet des capteurs MEMS. Dans cette première partie, nous exposerons les technologies de fabrication, les principaux effets physiques rencontrés, et les traitements électroniques associés. Les traitements électroniques couvrent en partie le sujet de la transformation des variations de valeurs d’un paramètre électrique (tel que résistance, capacité...) en un signal électrique facilement utilisable (ce signal pouvant être analogique ou numérique).

Dans la seconde partie (article [R 431]), nous traiterons des techniques utilisées et de leur réalisation industrielle (ou expérimentale) dans les principaux types de mesures. Ainsi, les méthodes utilisées pour les mesures de pression, accélération, vitesse angulaire, courant, détection d’agents chimiques... seront développées dans cette seconde partie.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r430


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3. Électronique de conditionnement

Les microcapteurs, comme leurs « cousins » de plus grande taille, requièrent une électronique de conditionnement. Cependant, la différence de taille entraîne bien souvent une diminution de la variation des grandeurs qui permettront ensuite l'obtention d'un signal électrique. Il faut donc parfois des chaînes de conditionnement très performantes pour arriver à de bonnes sensibilités globales du système. La chaîne d'acquisition est constituée, la plupart du temps, d'une suite d'éléments allant du capteur à l'ordinateur (voir exemple de la figure 38). Ce type d'architecture est aujourd'hui amélioré par les technologies (technologie des circuits intégrés et technologie des MEMS) qui permettent d'intégrer beaucoup de fonctions, allant jusqu'à un traitement numérique partiel.

L'un des intérêts des capteurs MEMS étant la miniaturisation, leur électronique de conditionnement (souvent complexe) est implémentée sous forme de circuit intégré. Les technologies de fabrication utilisées pour le capteur et pour l'électronique n'étant pas systématiquement compatibles, l'assemblage peut être fait sous forme de deux puces différentes reportées dans un même boitier ou bien de façon monolithique (comme c'est le cas, par exemple, des accéléromètres ou des gyromètres Analog Devices, voir ).

Il existe également une possibilité d'assemblage utilisant la technique System In Package où le capteur et le circuit de traitement sont reportés sur un même substrat de silicium.

L'intérêt de l'utilisateur étant de simplifier la mise en œuvre de ce système « capteur/électronique », le fabricant fournit des capteurs avec une sortie analogique « prête » à l'emploi (grande amplitude, grande linéarité), ou encore des sorties numériques directes, avec dans ce cas des possibilités supplémentaires de configuration (auto-zéro, compensation en température, linéarisation, choix de gammes...).

3.1 Électronique des capteurs MEMS non résonants

Nous abordons cette partie sous l'aspect de l'architecture de l'ensemble capteur-électronique (par exemple en boucle ouverte,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WOLF (S.) -   Microchip manufacturing  -  Lattice Press (2004).

  • (2) - MARESCHAL (O.), LOISEAU (S.), VERJUS (F.), VALBIN (L.), LISSORGUES (G.), BOUREGBA (R.), POULLAIN (G.), SAEZ (S.), DOLABDJIAN (C.) -   Modeling and fabrication of piezoelectric aluminum nitride resonator and its application in oscillators  -  Transducers 2009, Denver, CO, USA (June 21-25, 2009).

  • (3) - HARRISON (C.), RYU (S.), GOODWIN (A.), HSU (K.), DONZIER (E.), MARTY (F.), MERCIER (B.) -   A Density-Viscosity MEMS Sensor for Oilfield Applications  -  SPIE_Sensors-3 (2007).

  • (4) - RASKIN (J.-P.), IKER (F.), ANDRE (N.), OLBRECHTS (B.), PARDOEN (T.), FLANDRE (D.) -   Bulk and surface micromachined MEMS in thin film SOI technology  -  Electrochimica Acta, volume 52, Issue 8, Pages 2850-2861 (10 February 2007).

  • (5) - ROYER (D.), DIEULESAINT (E.) -   Ondes élastiques dans les solides, tome 1 : Propagation libre et guidée  -  Paris : Masson (1996).

  • ...

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