Πολύ-Χαμηλής Ισχύος Μικρό-Οπτικοηλεκτρομηχανικό Κλισιόμετρο

Transcript

1 Πολύ-Χαμηλής Ισχύος Μικρό-Οπτικοηλεκτρομηχανικό Κλισιόμετρο Χαράλαμπος Ανδρέου, Τιμόθεος Κωνσταντίνου και Ιούλιος Γεωργίου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κύπρου Περίληψη Σε αυτή τη δημοσίευση παρουσιάζεται ένα καινοτόμο υβριδικό CMOS/MEMS κλισιόμετρο με διακριτική ικανότητα 5 ο σε εύρος 330 ο. Η συσκευή χρησιμοποιεί μία ημικυκλική μάζα βασισμένη σε MEMS, η οποία κινείται γύρω από μία σταθερή βάση. Ως αποτέλεσμα έχουμε την προβολή μίας σκιάς στην επιφάνεια του οπτικού αισθητήρα CMOS. Mία μονοδιάστατη διάταξη φωτοδιόδων που είναι ομοιόμορφα διατεταγμένη σε ένα κατατετμημένο δακτύλιο, χρησιμοποιείται για να υπολογίζει τη γωνία κλίσης ανιχνεύοντας τη θέση της ημικυκλικής μάζας. Το συνολικό μέγεθος του αισθητήρα είναι 2.5mm*2.5mm. Ορολογία ευρετηρίου: Κλισιόμετρο, Κλινόμετρο, οπτικό τσίπ, MEMS, Μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα, Μικροσυστήματα. Ι. Εισαγωγή Ένας αυξανόμενος αριθμός ιατρικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων των εμφυτεύσιμων προσθετικών και των βιοϊατρικών φορητών οργάνων, εντός και πέριξ του σώματος, χρησιμοποιούν αισθητήρια συστήματα. Φυσικοί περιορισμοί απαιτούν όπως τα εν λόγω συστήματα είναι συμπαγές και ελαφριά. Επίσης η ανάγκη για αυτονομία θέτει αυστηρούς περιορισμούς ισχύος σε τέτοια συστήματα. Ένας τέτοιος αισθητήρας είναι το κλισιόμετρο, το οποίο ανιχνεύει τη θέση του σε συνάρτηση με τη βαρύτητα. Η ανίχνευση της κλίσης, στην εξατομικευμένη ιατρική καθίσταται πολύ σημαντική, ειδικά όταν συνδυάζεται με άλλους αισθητήρες. Για παράδειγμα, ένα κλισιόμετρο, ενσωματωμένο σε ένα εποπτικό σύστημα καρδίας, μπορεί να παρέχει δεδομένα σχετικά με δραστηριότητα του ασθενούς, δίνοντας άλλη διάσταση στην ερμηνεία των δεδομένων του καρδιογραφήματος. Σε άλλες βιοϊατρικές εφαρμογές, τα πραγματικού χρόνου και ακριβή δεδομένα κλίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για θεραπείες όπως τη διόρθωση των διαταραχών ισορροπίας του αιθουσαίου αισθητικού συστήματος. Εικόνα 1: Η εννοιολογική σύλληψη του Μικροηλεκτρομηχανικού κλισιομέτρου, η οποία βασίζεται σε στοίβα διπλής διάταξης που συνίσταται από τη διάταξη MEMS πάνω από το πλακίδιο του CMOS. Ο οπτικός ανιχνευτής έχει 66 στοιχεία φωτοανιχνευτών διατεταγμένα σε τμήματα 5 ο ούτως ώστε να καλύπτουν ένα οπτικό πεδίο 330 ο. Η πλειοψηφία των ήδη υλοποιημένων αισθητήρων κλίσης είναι χωρητικοί ή (αγώγιμοι), συνήθως με κοιλότητες πληρούμενες με ηλεκτρολυτικό υγρό. Τέτοια συστήματα υλοποιήθηκαν από τον Bretterklieber et al. [1] ενώ πιο πρόσφατα υλοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας τεχνολογίες MEMS [2], [3]. Οι Zhao et al. [4] υλοποίησαν ένα ψηφιακό αισθητήρα κλίσης ο οποίος προσφέρει την δυνατότητα απλοποίησης των ηλεκτρονικών διεπαφής. Έχει επίσης αναφερθεί η δυνατότητα υλοποίησης κλισιόμετρου χρησιμοποιώντας τροποποιημένα επιταχυνσιόμετρα, αλλά τέτοια συστήματα είναι περιορισμένα σε εύρος και ευαισθησία. Άλλες προσεγγίσεις περιλαμβάνουν κλισιόμετρα τα οποία χρησιμοποιούν κάθετη θερμική μεταφορά (συναγωγή / convection) [7] και οπτικά μικροφίλτρα [8]. 1

2 Σε αυτήν τη δημοσίευση παρουσιάζουμε ένα καινοτόμο πολύ χαμηλής ισχύος κλισιόμετρο με ψηφιακή έξοδο. Έχει υλοποιηθεί ως υβριδική λύση δύο τσιπ (MEMS/CMOS). Το τμήμα II παρουσιάζει την αρχιτεκτονική του συστήματος και τις λεπτομέρειες της υλοποίησης του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Το τμήμα III παρουσιάζει τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, το τμήμα IV συζητά την ενσωμάτωση εκπομπής φωτός και το τμήμα V δίνει τα συμπεράσματα αναφέροντας τις προδιαγραφές που στοχεύει το σύστημα. ΙΙ. Αρχιτεκτονική Συστήματος και Υλοποίηση Κυκλώματος Αυτό το κλισιόμετρο χρησιμοποιεί μία μικρομηχανική ημικυκλική μάζα για να εκφράσει οπτικά το βαρυτικό πεδίο και ακολούθως ένα οπτικό τσιπ CMOS για να ανιχνεύσει και να προσδιορίσει το διάνυσμα. Αυτή η λειτουργία αναπαρίσταται στην εικόνα 1. Η σχεδίαση διαχωρίζει το πεδίο 330 ο σε δύο ημιπεδία των 165 ο έκαστο, στα οποία αναφερόμαστε ως αριστερό και δεξί πεδίο του ορίζοντα (LHS, RHS). Αυτό αναπαρίσταται στην ανωτάτου επιπέδου αρχιτεκτονική του συστήματος που φαίνεται στην εικόνα 2. Καθώς η μικρομηχανική ημισφαιρική μάζα κινείται, προβάλλει μία σκιά στην επιφάνεια του CMOS τσίπ, η ακμή των οποίων επικαλύπτει και τους δύο, LHS και RHS ορίζοντες. Ως επακόλουθο, κάθε ανιχνευτής ορίζοντα πρέπει να εντοπίζει τη θέση (ή γωνία κλίσης) αυτών των ακμών. Υπολογίζοντας τη διαφορά, η έξοδος κρυπτογραφεί την έξοδο με ψηφιακή αναπαράσταση. Α. Κύκλωμα Ανίχνευσης Ορίζοντα Η υλοποίηση του κυκλώματος ανίχνευσης του ημισφαιρικού ορίζοντα φαίνεται στην εικόνα 3. Αποτελείται από 33 στοιχεία φωτοδιόδων τα οποία είναι τοποθετημένα σε ισαπέχοντες αποστάσεις γύρω από ένα τόξο ούτως ώστε να ανιχνεύουν τη θέση της ημικυκλικής μάζας. Μεταξύ όλων των γειτονικών φωτοδιόδων χρησιμοποιούμε ένα στοιχείο διακριτού ανιχνευτή ακμής (ως αποτέλεσμα απαιτούνται 32 ανιχνευτές ακμής ανά ορίζοντα) οι οποίοι θα συγκρίνουν το πλάτος του φωτορεύματος και όταν είναι αρκετά διαφορετικό θα αποστέλλουν ένα σήμα ανίχνευσης ακμής. Η έξοδος θα τυγχάνει σύλληψης χρησιμοποιώντας μίαν ακολουθία από λειτουργίες. Αρχικώς ο οδηγός διεύθυνσης αρχικοποιείται, χρησιμοποιώντας μία pull-up συσκευή για αρχική φόρτιση των παρασιτικών χωρητικοτήτων. Ακολούθως, ένα σήμα οδηγός μεταδίδεται μέσω μίας μονοδιάστατης διάταξης, π.χ στοιχεία, μέχρι να συναντήσει ένα σήμα ακμής. Κατά την ανίχνευση μίας συνθήκης ακμής, η θέση του ρεύματος παρεμβάλλεται στη διεύθυνση του οδηγού μέσω του κωδικοποιητή διεύθυνσης, συγκροτώντας (για κάθε στοιχείο) τους αντίστοιχους pull-down διακόπτες. Ως επακόλουθο, το σήμα οδηγός τερματίζεται και ο οδηγός διεύθυνσης δειγματοληπτήται σε ένα 5-ψηφίων καταχωρητή. Εικόνα 2: Ανωτάτου επιπέδου αρχιτεκτονική του συστήματος αποτελούμενη από δύο ημισφαιρικούς ανιχνευτές ορίζοντα, μία γεννήτρια φάσης ωρολογίου και ένα κύκλωμα αφαίρεσης συμπληρωματικόν ως προς 2. Εικόνα 3: Σχηματικό κύκλωμα για τους ημισφαιρικούς ανιχνευτές ορίζοντα. Κάθε πλευρά του ανιχνευτή κλίσης χρησιμοποιεί αυτόν τον οριζόντιο ανιχνευτή (αποτελούμενο από 33 στοιχεία φωτοανιχνευτών και 32 κυψέλες ανιχνευτών ακμής) τα οποία επερωτούνται διαδοχικά μέχρι να ανιχνευτεί ο ορίζοντας (π.χ. ακμή). Ακολούθως, η διεύθυνση του ενεργοποιημένου στοιχείου εισάγεται στον δίαυλο για να κωδικοποιήσει την ψηφιακή θέση εξόδου. 2

3 Β. Κύκλωμα Ανίχνευσης Ακμής Η εικόνα 4 δείχνει το σχηματικό κύκλωμα του ανιχνευτή ακμής. Αυτό έχει προσαρμοστεί από [9], [10] στον αναμενόμενο λόγο αντίθεσης και επίπεδα φωτορεύματος. Ένας γενικός μηχανισμός ρύθμισης διατηρείται οδηγώντας τα αναφορικά Ibias και Itune εκτός τσίπ και εσωτερικά αντιγράφοντας και διανέμοντας στα εκάστοτε στοιχεία ανίχνευσης ακμής. Τα DRIVEIN και DRIVEOUT χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο μίας κατάστασης του ανιχνευτή ακμής πριν διανεμηθεί για τον έλεγχο του επόμενου στοιχείου. Επιπρόσθετα, μία τεχνητή καθυστέρηση διάδοσης υλοποιείται στον απομονωτή εξόδου (X8 στην εικόνα 4) για να εγγυηθεί την αξιοπιστία του κυκλώματος. Δ. Κύκλωμα παραγωγής 4 - φασικού ρολογιού Η λειτουργία του αισθητήρα κλίσης ρυθμίζεται κεντρικά μέσω μίας ακολουθίας 4 φασικού ρολογιού και παράγεται χρησιμοποιώντας το κύκλωμα της εικόνας 6. Αυτό υλοποιεί ένα βρόγχο μηχανής κατάστασης 4 - στοιχείων για τη δημιουργία των απαιτούμενων σημάτων ελέγχου. Οι ενέργειες φάσης είναι: φ1 για την προφώρτιση του διαύλου, φ2 για εξακρίβωση των οριζόντων των LHS και RHS καθώς και την οδήγηση του διαύλου, φ3 για να δειγματοληπτεί το αποτέλεσμα του διαύλου στους καταχωρητές ορίζοντα, και φ4 για να δειγαμτοληπτεί την διαφορά (π.χ. αφαίρεση) του καταχωρητή εξόδου. Εικόνα 6: Σχηματικό κύκλωμα για τη γεννήτρια 4-φασικού ωρολογίου που χρησιμοποιείται για την διαδοχική ακολουθία των ενεργειών που απαιτούνται για την ανίχνευση της γωνίας κλίσης. Εικόνα 4: Σχηματικό κύκλωμα των στοιχείων του ανιχνευτή ακμής (συμπεριλαμβανομένων των φωτοδιόδων και των στοιχείων φόρτισης (Q1-Q4)). Γ. Σχεδίαση Φωτοδιόδου Οι φωτοδιόδοι υλοποιούνται χρησιμοποιώντας σύνδεση πηγαδιού n και υποστρώματος p όπως φαίνεται στην εικόνα 5. Τα διάφορα στοιχεία φωτοδιόδου (66 συσκευές) σχεδιάστηκαν εξατομικευμένα (ούτως ώστε να συμμορφώνονται με τους κανόνες γεωμετρίας της σχεδίασης) σε τόξο ακτίνας 550μm με 600μm και τμήματα 5 μοιρών. Η επιφάνεια του ενεργού αισθητήρα για κάθε στοιχείο φωτοδιόδου είναι 4245μm. Αυτό το σύστημα φαίνεται στο layout του πυρήνα του αισθητήρα κλίσης της εικόνας 7. Ε. CMOS / MEMS Ολοκληρωμένα Κυκλώματα Οι μικρογραφίες των CMOS και MEMS layouts φαίνονται στις εικόνες 7 και 8 αντίστοιχα. Το στοιχείο MEMS σχεδιάστηκε ούτως ώστε ο κεντρικός άξονας να έχει επαρκώς μικρή και λεία επιφάνεια ούτως ώστε να εξασφαλίζεται ότι οι ατομικές δυνάμεις καθώς και οι δυνάμεις τριβής δεν είναι ικανές να επιφέρουν προσκόλληση. Επιπλέον, η μάζα περιλαμβάνει αντι προσκολλητικές οπές οι οποίες επιπλέον βοηθούν στη απελευθέρωση της μάζας, βασιζόμενοι σε τεχνικά δεδομένα του χυτηρίου της Tronics. Κατά τη διάρκεια της παραγωγής, η σχεδίαση ενσωματώνει έναν αριθμό υποστηριγμάτων τα οποία διασφαλίζουν τη θέση της μάζας κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας και απελευθέρωσης. Αυτά τα υποστηρίγματα σχεδιάστηκαν εκ προθέσεως με τέτοιο τρόπο ούτως ώστε να είναι εύθραυστα και να μπορούν να ελευθερώσουν την ημικυκλική μάζα για να τεθεί σε λειτουργία. Εικόνα 5: Δομή του πηγαδιού n και υποστρώματος p της φωτοδιόδου. (α) πλάγια όψη και (β) κάτοψη (δεν είναι σε κλίμακα ή προφίλ). 3

4 ΙΙΙ. Αποτελέσματα Προσομοιώσεων Εικόνα 7: Μικροφωτογραφία του ηλεκτρονικών του αισθητήρα κλίσης που υλοποιήθηκε στην τεχνολογία 2P4 CMOS και ακολούθησε χύτευση. Οι διαστάσεις είναι: 1250μm*1250μm για τον πυρήνα και 2.5mm*2.5mm για το τσίπ (συμπεριλαμβανομένου του δακτυλίου βάσης και των στρωμάτων σύνδεσης που δεν φαίνονται στην εικόνα). Το κύκλωμα προσομοιώθηκε χρησιμοποιώντας τον προσομοιωτή Cadence spectre (5.1.41isr1) με προμηθευόμενη χύτευση από τα μοντέλα BSIM3v3. Διενεργήθηκε επεξεργασία στις προσομοιώσεις των παραμετρικών σημείων λειτουργίας ούτως ώστε να καθοριστεί η έναρξη της ανίχνευσης των ακμών για διάφορες συνθήκες πόλωσης. Αυτά τα αποτελέσματα φαίνονται στην εικόνα 9. Η οικογένεια των καμπυλών (για διαφορετικές τιμές του Ibias) απεικονίζει τον ελάχιστο λόγο αντίθεσης (Iphoto/δIphoto) που απαιτείται για την σηματοδότηση της συνθήκης του αισθητήρα ακμής. Ο συντονισμός (για διαφορετικά Itune) παρουσιάζεται στις μεταβολές του ψ-άξονα. Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν τις κύριες εξελίξεις της λειτουργίας: (i) για Ibias < Iphoto η περιοχή ρύθμισης δεν επηρεάζεται σημαντικά από το επίπεδο του ρεύματος πόλωσης, και (ii) για Ibias > Iphoto, αυξάνοντας σημαντικά το επίπεδο του ρεύματος πόλωσης έχουμε ως συνεπακόλουθο την αύξηση της ρυθμιζόμενης περιοχής (συγκεκριμένα διευρύνεται ο λόγος αντίθεσης). Ως επακόλουθο υπάρχει πρόβλεψη αν το προσπίπτον φώς είναι ανομοιόμορφο επιπλέον από την κακή προσαρμογή των επί μέρους στοιχείων και λόγω των τεχνολογικών αποκλίσεων και διατηρείται μέσα στα όρια ρύθμισης, τότε μπορούν να χρησιμοποιηθούν σχετικά χαμηλά επίπεδα ρεύματος πόλωσης (i.e. Ibias=5 με 10nA). Μία μεταβατικού ανώτατου επιπέδου προσομοίωση του κλισιομέτρου, παρουσιάζεται στην εικόνα10. Σε αυτή την προσομοίωση υποθέτουμε ένα μέσο φωτορεύμα Iphoto της τάξης των 25nA, ένα ρεύμα αποκοπής της τάξης του 1nA, και χρησιμοποιεί ένα ρολόι συστήματος στα 500KHz. Η συνολική κατανάλωση ισχύος είναι 33μW. Εικόνα 8: MEMS Layout του μικρομηχανικού τμήματος του κλισιόμετρου που υλοποιήθηκε με τεχνολογία SOI/HARM της Tronics και ακολούθησε χύτευση. Οι διαστάσεις είναι: 2.0mm*2.0mm. Εικόνα 9: Περιοχή λειτουργίας (για έναρξη της ανίχνευσης κλίσης) για τον πυρήνα του ανιχνευτή κλίσης για διάφορες συνθήκες πόλωσης (υποθέτοντας Ι photo =25nA). 4

5 αισθητήρας αναπτύσσεται ούτως ώστε να ενσωματώνει αποκλειστικά εξειδικευμένη πηγή φωτός. Αυτή μπορεί να είναι μια μικρή περιοχή (2mm 2 ), αποτελούμενη από εστιασμένη (π.χ. στενή οπτική περιοχή) δίοδο φωτοεκπομπής (LED) για να διεγείρει τους φωτοανιχνευτές του οπτικού τσίπ. Η σύνθεση εκπομπού/αισθητήρα μπορεί ακολούθως να συσκευαστεί (π.χ. όπως στους οπτομονωτές ) ούτως ώστε να σφραγιστούν τα επί μέρους συστήματα από την έκθεση στο εξωτερικό περιβάλλον. Για την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ισχύος, η πηγή φωτός μπορεί να πολωθεί σε χαμηλή ένταση και/ή παλμικά, καθώς οι φωτοανιχνευτές καλύπτουν μεγάλη περιοχή αίσθησης με επακόλουθο να είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί. Η ελάχιστη ένταση φωτός (οπότε και η κατανάλωση ισχύος) είναι περιορισμένη από: (i) το ρεύμα σκότους της φωτοδιόδου, (ii) τον ελάχιστο ανιχνεύσιμο λόγο αντίθεσης, και (ii) τον απαιτούμενο χρόνο απόκρισης του αισθητήρα. Εικόνα 10: Ανώτατου επιπέδου μεταβατική προσομοίωση για γωνία κλίσης -15 ο. Τα αποτελέσματα που φαίνονται είναι: (a) LHS δίαυλος ορίζοντα (5 δυαδικά ψηφία), (b) LHS έξοδος ορίζοντα (5 δυαδικά ψηφία), (c) RHS δίαυλος ορίζοντα (5 δυαδικά ψηφία), (d) RHS έξοδος ορίζοντα (5 δυαδικά ψηφία), (e) Αφαίρεση του αποτελέσματος (6 δυαδικά ψηφία), (f) Τελική έξοδος (6 δυαδικά ψηφία), (g) Ωρολόγιο, (h-k) φ1-φ4, (l) Τροφοδοσία ρεύματος, και (m) Ολοκλήρωμα της τροφοδοσίας ρεύματος. Η λειτουργία του συστήματος μπορεί να ανιχνευτεί εύκολα ακολουθώντας τα μεταβατικά αποτελέσματα των προσομοιώσεων που φαίνονται στην εικόνα 10 ως ακολούθως: (i) Στην ανερχόμενη ακμή του φ1, οι δύο δίαυλοι είναι προφορτισμένοι (αποτέλεσμα=31). (ii) Στην ανερχόμενη ακμή του φ2, τα αποτελέσματα του ανιχνευτή ορίζοντα προωθούνται στους διαύλους (τα αποτελέσματα 9 και 14 για LHS και RHS αντίστοιχα). (iii) Στην ανερχόμενη ακμή του φ3, οι τιμές των διαύλων δειγματοληπτούνται στους οριζόντιους καταχωρητές εξόδου και τελικά, (iv) Στην ανερχόμενη ακμή του φ4, το αθροισμένο αποτέλεσμα (από τον ασύγχρονο αθροιστή) δειγματοληπτήται στον καταχωρητή εξόδου. IV. Συζήτηση Μία όψη του αισθητήρα που προέκυψε από το πεδίο εφαρμογής αυτής της δημοσίευσης είναι η πηγή φωτός. Για να επιβεβαιώσουμε την αυτοδυναμία σε σκοτεινό περιβάλλον και συνθήκες μεταβλητής φωτεινότητας, ο χωρίς να συμπεριλαμβάνεται η κατανάλωση του εκπομπού φωτός. TABLE I TARGET DESIGN SPECIFICATIONS V. Συμπεράσματα Σε αυτή τη δημοσίευση παρουσιάσαμε ένα υβριδικό CMOS/MEMS κλισιόμετρο το οποίο χρησιμοποιεί μία διάταξη φωτοανιχνευτών για να ανιχνεύσει τη θέση ενός αιωρούμενου (αναρτημένου) μικροσυστήματος. Με ομοιόμορφη κερκιδωτή διάταξη των φωτοδιόδων, το κλισιόμετρο επιτυγχάνει διακριτική ικανότητα 5 ο σε εύρος 330 ο. Η κατανάλωση ισχύος του συστήματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ένταση του προσπίπτον φωτός και αναμένεται να είναι μεταξύ των περιοχών 10-35μW. Οι στόχοι των προδιαγραφών του συστήματος δίνονται στον πίνακα Ι. 5

6 ΕΥΧΑΡΙΣΤΕΙΕΣ Αυτή η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Κυπριακό Ίδρυμα Προώθησης Έρευνας (ΙΠΕ), Κωδικός Προγράμματος: ΠΔΕ-0505/07. ΑΝΑΦΟΡΕΣ [1] T. Bretterklieber, H. Zangl, and G. Brasseur, Impacts on the accuracy of a capacitive inclination sensor, Proc. IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, vol. 3, pp , [2] R. A. Yotter, R. R. Baxter, S. Ohno, S. D. Hawley, and D. M. Wilson, On a Micromachined Fluidic Inclinometer, Proceedings of IEEE International Conference on Transducers, Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, vol. 2, pp , [3] K.-S. Kang, H. Jung, D.-S. Kim, B.-J. Kwon, C. J. Kim W.- J. Kim, S.-Y.Choi, J.-H. Lee, J.-K. Shin, and S. H. Kong, Design and fabrication of a MEMS-based electrolytic tilt sensor, Proceedings of the IEEE Conference on Microprocesses and Nanotechnology, pp , [4] L. Zhao, and E. Yeatman, Micro Capacitive Tilt Sensor for Human Body Movement Detection, Proceedings of Body Sensor Networks, vol. 39, pp , [5] D. Lapadatu, S. Habibi, B. Reppen, G. Salomonsen, and T. Kvisteroy, Dual-axes capacitive inclinometer/low-g accelerometer for automotive applications, IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, vol. 39, pp , [6] S. Luczak, et al., Sensing Tilt With MEMS Accelerometers, IEEE Sensors Journal, vol. 6, no. 6, pp , [7] S. Billat, H. Glosch, M. Kunze, F. Hedrich, J. Frech, J. Auber, and W. Lang, Convection-based Micromachined Inclinometer Using SOI Technology, Proceedings of IEEE International Conference on MicroElectro Mechanical Systems, pp , [8] N. C. Tien, Micro-optical Inertial Sensors using Silicon MEMS, Proceedings of IEEE Aerospace Conference, vol. 1, pp , [9] T. G. Constandinou, J. Georgiou, and C. Toumazou, Nanopower mixed-signal tunable edge-detection circuit for pixellevel processing in next generation vision systems, IET Electronics Letters, vol. 39, no. 25, pp , [10] T. G. Constandinou and C. Toumazou, A micropower centroiding vision processor, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 41, no. 6, pp ,