Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) having capacitive sensing mechanism have been gaining interest as a result of low-cost, small-size, and high-reliability sensors applications. Today micromachined capacitive sensors find different places in many areas ranging from many military to industrial applications such as inertial navigation, vibration monitoring, and robotics control. On the other hand, MEMS accelerometers have some drawbacks that restrict them for use in applications that require inertial grade accuracy. One of the most significant disadvantages is the drift in the output of the chip. The drift is caused by many reasons including internal (physical structure, alignment, material type etc.) and external (time, atmospheric pressure, acceleration and temperature) effects. In this thesis, a closed-loop MEMS resonator is designed and fabricated with its readout electronics to compensate the temperature effects of used MEMS capacitive accelerometer. The idea of the proposed study is using the resonator structure as a temperature sensor together with controller circuitry. That is to say, the study consists of two branches; one is PI controller output which would be used as a temperature sensor and the other is preamplifier output which would be used as carrier generator to the accelerometer readout circuitry. The proposed resonator is analyzed in detail in terms of dynamics, simulation models and theoretical investigations. The implemented resonator is shown to satisfy the estimated performance parameters with measurements conducted using various test setups. The functionality of concept is verified with additional tests. In other words, it is gathered repeatable temperature sensitivity data from both the accelerometer and the resonating temperature sensor. Then, initially the temperature sensitivity of the accelerometer output with the controller output of the resonating accelerometer is compensated. Once the attempt in the first step is succeed, the temperature compensation network is disassembled and the resonator output to the accelerometer package as the carrier signal is fed. This eliminates the need for an external carrier waveform generated by a standard clock generator, which can be one of the dominant noise sources injected into the accelerometer system. After this new interconnection is made, the temperature sensitivity of the accelerometer is measured. By doing that, it is aimed to observe that the temperature sensitivity of the accelerometer is the same as before compensation, while it is driven by the resonator output as the carrier signal. Finally, the compensation network will be re-assembled while still feeding the accelerometer with the output of the resonator, and it is tried to repeat the compensated accelerometer response that was previously observed at the first step. The best system level test results showed that the temperature sensitivity is improved from -32 mg/°C to -1.6 µg/°C for -35 µg/√Hz noise floor, 16 µg bias instability and 122 dB dynamic range.

Kapasitif algılama mekanizmasına sahip olan Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS) uygulamaları son zamanlarda düşük maliyet, küçük boyut ve yüksek güvenilirlik sonucunda ilgi kazanmaktadır. Bugün Mikroişlenmiş kapasitif sensörler birçok askeri, ataletsel navigasyon, titreşim izleme ve robotik kontrolü gibi endüstriyel uygulamalara kadar pek çok alanda ve farklı yerlerde bulabilirsiniz. Öte yandan, MEMS ivmeölçerler atalet dereceli doğruluk gerektiren uygulamalarda kullanım için bazı dezavantajlara sahiptir. En önemli dezavantajlardan biri çip çıktı sürüklenmesidir. Sürüklenmeye dahili (fiziksel yapısı, uyum, malzeme türü vb) ve harici (zaman, atmosferik basınç, ivme ve sıcaklık) etkiler neden olmaktadır. Bu tezde, MEMS kapasitif ivme ölçerin sıcaklık etkilerini telafi etmek için kapalı bir döngüde MEMS rezonatör sensörü elektronik okuma devresi ile birlikte tasarlanmış, üretilmiş ve kullanılmıştır. Önerilen çalışma fikrinde, kontrol devresi ile birlikte rezonans yapısı bir sıcaklık sensörü olarak kullanmaktadır. Bu çalışma iki bölümden oluşmaktadır; birinci kısımda, rezonatör sıcaklık sensörü olarak kullanılacak ve ikinci kısımda rezonatörün PI denetleyici çıkışı ivmeölçer okuma devresine taşıyıcı üretecektir.Önerilen rezonatör dinamikleri, simülasyon modelleri ve teorik araştırmalar açısından ayrıntılı olarak incelenmiştir. Uygulanan rezonatör çeşitli test kurulumları kullanılarak yapılan ölçümler ile tahmin edilen performans parametreleri karşılaştırılmıştır. Kavramın işlevselliği ilave testler ile doğrulanmıştır. Kısaca ivmeölçer ve rezonatör olarak tasarlanan sıcaklık sensörü için tekrarlanabilir sıcaklık hassasiyeti verileri toplanmıştır. Ardından, başlangıçta rezonatörün kontrolcü çıkışı olarak beslenen ivmeölçer çıkışının sıcaklık hassasiyeti telafi edilir. Birinci aşama girişimi başarılı olduktan sonra, sıcaklık dengeleme ağı söküldüğü ve taşıyıcı sinyal olarak ivmeölçer paketine rezonans çıkışı olarak beslenen bir fonksiyon jeneratörüne olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Bu yeni arabağlantı yapıldıktan sonra, ivmeölçer sıcaklık hassasiyeti ölçülür. Böylece, o taşıyıcı sinyali olarak rezonatör çıkışı ile yönetilen ivmeölçer sıcaklık hassasiyetinin daha önce olduğu gibi aynı kaldığını gözlemlemek amaçlanmaktadır. Son olarak, ivmeölçer yeniden monte edilerek hala rezonatör çıkışı ile beslenirken ve daha önceki tesrlerde gözlenen kompanse edilmiş ivmeölçer yanıtı tekrarlanmaya çalışılmıştır.Elde edilen en iyi system seviye sonuçlar gösterirki -35 µg/√Hz gürültü seviyesi, 16 µg kayma kararsızlığı ve 122 dB dinamik aralık için sıcaklık hassasiyeti -32 mg/°C den -1.6 µg/°C ye iyileştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: MEMS rezonatör, sıcaklık sensörü, MEMS kapasitif ivmeölçer, sıcaklık duyarlılığının azaltılması.