I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.   6 ,   No .   2 J u l y   201 7 ,   p p 1 20 ~ 1 2 6   I SS N:  2 089 - 4 864 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j r es . v 6 . i2 . p p 1 20 - 1 26          120       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S /in d ex   M EM S Seis m ic S enso r w ith  FP AA   Ba sed Interface  C ircuit  for  Frequen cy - Dri ft   Co m pe nsa tion  Us ing   ANN       Ra m e s h P a w a s e 1 ,   N.   P .   F uta ne 2   1 De p ar t m e n t   o f   E&T C,   S IT RC N a sh ik ,   Am ru tv a h in Co E,   S a n g a m n e r,   S a v it rib a P h u le  P u n e   Un iv e r sity ,   4 2 2 6 0 8 ,   + 9 1 - 9 7 6 6 5 0 1 8 0 4 ,   I n d ia   2 De p ar t m e n t   o f   E&T C,   G o v e rn m e n Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   A v sa ri,   S a v it rib a P h u le  P u n e   Un iv e rsi ty ,   4 1 2 4 0 5 ,   + 9 1 - 9 0 0 4 8 2 8 4 6 5 ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   2 1 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J u n   7 ,   2 0 1 7       El e c tro c h e m ica M EM S   se ism ic   se n so is   li m it e d   b y   it n o n - i d e a li ty   o f re q u e n c y   d e p e n d e n c h a ra c teristi c s h e n c e   in terf a c e   c ircu it s f o c o m p e n sa ti o n   is  n e c e ss a r y .   T h e   c o n v e n ti o n a c o m p e n sa ti o n   c ircu it a re   li m it e d   b y   h ig h   p o w e c o n su m p ti o n ,   b u lk y   e x te rn a h a rd w a re   c ircu it ry .   In   th e se   m e th o d d ig it a c ircu it a re   a lso   li m it e d   b y   in h e re n a n a lo g   to   d ig it a c o n v e rsio n   a n d   v ice   v e r sa   w h ich   c o n su m e sig n if ica n p o w e r,   a c q u ir e m o re   siz e   a n d   li m it sp e e d .   A   F i e ld   p r o g ra m m a b le  a n a lo g   a rra y   (F P AA o v e rc o m e th e se   li m it a ti o n a n d   g iv e s   f a st,  si m p l e   a n d   u se f rien d ly   d e v e lo p m e n p latf o r m   w it h   les d e v e lo p m e n sp e e d   c o m p a ra b le  to   A S IC.   Re c e n tl y   F P A b e c o m in g   p o p u lar  f o ra p i d   p r o to ty p in g .   T h e   p ro p o se d   sy ste m   p re s e n t F P AA   (A n a d ig m   AN 2 3 1 E 0 4 b a se d   h a rd w a re   i m p le m e n tatio n   o f   AN m o d e l.   Us in g   th is  F P A A   b a s e d   c o m p e n sa ti o n   c ircu it ,   th e   e rro i n   f re q u e n c y   d rif h a v e   b e e n   m in im iz e d   in   t h e   ra n g e   o f   3 . 6 8 %   to   a b o u 0 . 6 4 %   a c o m p a re d   to   A N si m u late d   re su lt s   in   th e   ra n g e   o f   2 3 . 0 7 %   to   0 . 9 9 % .   T h is  sin g le  n e u ro n   c o n su m e o f   p o w e r   o f   2 0 6 . 6 2   m W .   a n d   h a m in i m u m   b l o c k   w is e   re so u rc e   u ti li z a ti o n .   T h e   p r o p o se d   h a r d w a re   u se a ll   a n a lo g   b lo c k w h ich   re m o v e   th e   re q u irem e n o f   A DC  a n d   DA C   re d u c in g   sig n if ica n p o w e a n d   siz e   o f   in terf a c e   c irc u it .   T h is  w o rk   g iv e th e   S M A R T   M EM S   se is m ic  s e n so w it h   re li a b le  o u tp u a n d   A NN   b a se d   in telli g e n in terf a c e   c ircu it   im p lem e n ted   in   F P AA   h a rd w a r e .   K ey w o r d s :   An alo g   s ig n al  p r o ce s s i n g   A r ti f icial  Ne u r al  Net w o r k   ( A NN)   FP AA   MEMS   Seis m ic  s e n s o r   Co p y rig h ©   201 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R a m e s h   P a w ase ,   Dep ar t m en t   o f   E & T C ,   SIT R C   Nash i k ,   Am r u t v a h in i Co E ,   Sa n g a m n er ,     Sav itrib ai  P h u le  P u n U n i v er s it y ,   4 2 2 6 0 8 ,   +9 1 - 9 7 6 6 5 0 1 8 0 4 ,   I n d ia .   E m ail:  r a m es h p a w ase @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n f o r m a tio n   s y s te m s   g e tti n g   c lo s er   to   p h y s ical   w o r ld   w h ich   ar g e n er ati n g   n e w   o p p o r tu n i ties   i n   t h e   ar ea   o f   s e n s i n g   an d   co n tr o ll in g   en v ir o n m e n a n d   d if f er e n d ev ices.  I n   o r d er   to   ex p lo it  th ese   av ai lab le  o p p o r tu n itie s ,   m in iatu r ized   i n f o r m atio n   s y s te m s   n ee d s   m u s b d ev elo p ed .   Dev elo p in g   m i n iat u r s e n s i n g   s y s te m   a n d   m a k i n g   it   r eliab l is   a   d r iv i n g   f o r ce   f o r   d ev e lo p m e n t   o f   M icr o - E lectr o   M ec h an ica S y s te m s   ( ME MS) ,   w h ic h   co n s tr u ct  b o th   m ec h a n ical   an d   elec tr ical  co m p o n e n ts   in   m in iatu r i n   s ize.   A s   ME MS   tech n o lo g y   i s   s u p p le m e n tar y   to   I n teg r ated   C ir cu its   tec h n o l o g y ,   th s y n er g y   b et w ee n   m e ch an ica l,  elec tr ical   an d   elec tr o n ic  s y s te m   m a k es  it  b r ea k th r o u g h   tec h n o lo g y .   ME MS  d ev ices  h a v ap p licat io n   in   ar ea s   r an g i n g   f r o m   au to m o b ile  an d   telec o m m u n icatio n   s w i tch i n g   to   p r in ter s   a n d   in er tial  g u id a n ce   s y s te m .   ME M ar e   w id el y   u s ed   i n   v ar io u s   s e n s i n g   a n d   ac tu ato r s   ap p licatio n s   [ 1 ] .   I n   th i s   p ap er ,   it  h a s   b ee n   f o cu s ed   o n   FP A b ased   d esig n   a n d   d ev elo p m e n o f   in ter f ac cir c u it  f o r   ME MS  Seis m ic  Sen s o r   ( MSS)   o u tp u co m p e n s atio n .   I n   th ese  t y p es   o f   ap p licatio n s   t h e   FP AA  o f f er s   b etter   s o lu tio n   as  r ap id   i m p le m en tatio n   is   p o s s ib le.   T h tar g eted   co m m er ciall y   av ailab le   FP AA -   a n   An ad i g m   A N2 3 1 K0 4   is   a n   i n te g r ated   cir cu it,   co n ta in i n g   cir cu i ts   f r o m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       MEMS   S eismic S en s o r   w ith   F P A A   B a s ed   I n terf a ce   C ir cu it f o r   F r eq u en cy - Dri ft…  ( R a mes h   P a w a s e )   121   co m b i n atio n   o f   v er y   s m all  ca p ac ito r s   an d   tr an s is to r s .   R ec e n tl y   s ev er al  v en d o r s   i n clu d i n g   An ad ig m ,   p r o v id es   s er v ice  f o r   cr ea tin g   a n   ASI C   f o r   u s er - d ef i n ed   ap p licatio n   b y   co n f i g u r i n g   th FP AA .   De v elo p m e n s p ee d   is   ti m r eq u ir ed   to   co n f ig u r an   FP AA   i s   f ar   le s s   t h an   th at  r eq u ir ed   to   d esig n ,   s i m u late  an d   f ab r icate   th ASI C .   T h ac cu r ate  a n d   s tab le  d e s ig n   i s   p o s s ib le   d u to   u s o f   s w itc h ed   ca p ac ito r - b ased   an al o g   d esi g n   i n   FP AA,   w h ic h   m i n i m izes   o f f s e ts ,   n o n lin ea r   b eh a v io r ,   a n d   co m p o n en to ler a n ce s   f o r   lo n g   ti m w it h   w id r an g e   o f   o p er atin g   te m p er atu r es.  T h An ad ig m   FP AA  Desi g n er   2   to o h as  b ee n   u s ed   to   d ef i n e   th ar c h itect u r o f   An ad ig m   A N2 3 1 K0 4   FP AA   c h ip s .     T h m aj o r   co n tr ib u tio n s   o f   th i s   p ap er   ar as f o llo w s :   a.   A N b ased   co m p e n s at io n   is   a p p lied   f o r   ME MS  s eis m ic  s en s o r   w it h   m in i m u m   er r o r .     b.   FP AA   b ased   h ar d w ar i m p le m en tatio n   u ti lizi n g   m i n i m u m   r eso u r ce s   a n d   th ir d l y   ac h iev in g   m in i m u m   er r o r   u s in g   h ar d w ar i m p le m e n tatio n .   T h is   p ap er   is   o r g a n ized   i n   f o l lo w i n g   d if f er e n s ec tio n s .   Sec o n d   s ec tio n   d ea ls   w it h   liter at u r s u r v e y   an d   g ap s   i n   e x is tin g   w o r k   a lo n g   w i th   s co p f o r   th r e s e ar ch   w o r k .   T h ir d   Sectio n   d is cu s s es  f o r   ME MS   Seis m ic  Se n s o r   ( MSS)   n o n - id ea liti es a n d   p r o p o s ed   w o r k   to   co m p e n s ate   th e   n o n - id ea li ties   p r esen t i n   o u tp u t o f   MSS.  Sectio n   4   g i v es  i m p le m en tatio n   o f   ar ti f icial  n e u r al   n et w o r k   b ased   f r eq u en c y   e f f ec co m p en s atio n   s ch e m u s i n g   n eu r o n   m o d el.   S ec tio n   5   d is c u s s e s   o n   in ter f ac e   cir cu it i m p le m e n tatio n   u s in g   FP AA .   R es u lt s   ar e   d is cu s s ed   an d   an al y ze d   in   Sec tio n   6 .       2.   RE L AT E WO RK   ME MS  b ased   E lectr o ch e m ic al  Seis m ic  s en s o r   d ev ice  ch ar ac ter izatio n   p er f o r m ed   o n   v ib r atio n   tab le  r ec o r d ed   in   [ 2 ]   I t   h as  b ee n   r ep o r ted   o v er all  lin ea r   r elatio n s h ip   b et w ee n   ap p lied   v elo cities  an d   o u tp u t   v o ltag e   a m p li tu d es   w it h   a   s e n s iti v it y   o f   2 7 4   V/( m / s )   i n   t h r an g o f   ( 2 0 8 0   Hz)   b u t h ese   ch ar ac ter is t ics   ar e   n o p u r el y   lin ea r .   I d ea ll y   th ch ar ac ter is tics   o f   ME MS  s eis m ic  s e n s o r   s h o u ld   b in d ep en d en o f   in p u t   v ib r atin g   f r eq u en c y   f o r   th e x p er im e n r ep o r ted   in   [ 2 ] .   T h p u r p o s o f   th is   w o r k   i s   to   s tu d y   th li m i tatio n s   o f   th ex p er i m e n tat io n   o f   ME MS  b ased   Seis m ic  s e n s o r   s u c h   as  f r eq u en c y   d ep en d e n ce   an d   A r tif ic ial  Neu r al   Net w o r k   b ased   s o f co m p u ti n g   m o d el  h a v b ee n   p r o p o s ed   to   co m p en s ate  t h ese  er r o r s .   C o m p ar ed   to   o th er   s eis m o m eter s   r el y in g   o n   s o li d   p r o o f   m ass e s   f o r   en v ir o n m en tal  v ib r atio n   m o n ito r in g ,   th e lectr o ch e m ica l   ap p r o ac h   w as   r ep o r ted   to   en ab le  lo w - f r eq u en c y   v ib r atio n   s i g n al   ch ar ac ter izatio n   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   D.   C h e n ,   et  a l.   r ep o r ted   m icr o   elec tr o ch e m ical  s eis m ic  s en s o r   w h ic h   h av in p u v ib r atin g   f r eq u en c y   d ep en d en t   ch ar ac ter is tic s .   Fig u r e   1   s h o w s   th ese  ch ar ac ter i s tics .   I n p u v ib r atin g   f r eq u en c y   [ 2 ] [ 3 ] .   A ll  o f   th ese  r ev ie w ed   w o r k   atte m p ted   to   co m p e n s ate  d if f er en t   t y p e s   o f   n o n - i d ea liti es  o f   ME MS   s e n s o r s   h o w e v er   all  th e s e   tech n iq u es   r eq u ir e x ter n al   h ar d w ar cir cu i ts   o r   co m p u ter   to   co m p en s ate  t h er r o r s .   Ou r   p r ev io u s   w o r k   f o cu s ed   o n   th d ev elo p m en o f   A r tif ic ial  Neu r al  Net w o r k s   b ased   s o f co m p u ti n g   m o d el  [ 4 ]   w h ic h   r esu lt s   in   f r eq u en c y   d r if co m p en s atio n   w it h   m ea n   s q u ar er r o r   o f   7 . 7 4   e - 2 .   [ 4 ] . Sim i lar   k i n d   o f   co m p e n s atio n   m et h o d   ap p lied   to   ME MS  b ased   g y r o s co p f o r   m i n i m izi n g   a n g u lar   r ate  er r o r   [ 5 ] .           Fig u r 1 .   ME MS  s eis m ic  s e n s o r   ch ar ac ter is tics - v elo cit y   v /s   o u tp u t v o lta g o f   b e f o r v ib r atin g   f r eq u e n c y   co m p e n s at io n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  6 ,   No .   2 J u l y   2 0 1 7   :   1 20     1 26   122   3.   P RO P O SE WO RK   3 . 1 .     ANN  M o del D escript io n   R esear ch er s   h a v atte m p ted   f o r   m in i m izi n g   t h n o n - id ea liti es  in   ME MS  b ased   s e n s o r s   l ik h u m id it y   s en s o r s ,   p o r o u s   s i lico n   p r es s u r s en s o r s   w it h   e x ter n al  h ar d w ar o r   co m p u ter   p r o g r a m m e.   B u t h e s e   ap p licatio n s   ar li m ited   b y   m o r e   s ize   an d   m o r p o w er   r eq u ir e m en w h ic h   i s   n o ac ce p tab le  f o r   h ig h l y   co m p ac cir c u its   a n d   s y s te m .   Hen ce   s m all  s ize,   less   p o wer ed   s o lu tio n   s h o u ld   b p r o p o s ed   f o r   MSS.  T o   ch ar ac ter ize  th p ar a m eter s   o f   co m m er ciall y   a v ailab le  MS ( ME T 2 0 0 3 ) ,   th d ev ices  w er p o s itio n ed   o n   a   v ib r atin g   tab le  w ith   t h v ib r at in g   v elo cit y   a n d   f r eq u e n c y   ad j u s ted   s y s te m at icall y .   F ig u r 1   r ec o r d s   th o u tp u t   v o ltag o f   M SS   d ev ice  as  f u n ctio n   o f   th v ib r atio n   v elo cit y .   I d e m o n s tr ate s   t h d if f er en o u tp u v o ltag e s   f o r   d if f er e n v ib r atin g   f r eq u e n cies  w h ic h   s h o w   li n ea r   r elatio n s h ip   h o w e v er   th e s m u s t   b in d ep en d en o f   in p u v ib r ati n g   f r eq u e n cies  h av i n g   p u r el y   li n ea r   r elatio n .   Hen ce   th i s   p r o b le m   m u s b atte m p ted   b y   d ev elo p in g   t h in ter f ac cir cu it  f o r   d r if co m p en s atio n   i n   o u tp u v o ltag e.   I n   o u r   p r ev i o u s   w o r k ,   th f ee d   f o r w ar d   A N m o d el  w it h   h y p er b o lic  ta n   s ig m o id   ac ti v a tio n   f u n ctio n   i s   tr ai n ed   w it h   b ac k   p r o p ag atio n   alg o r ith m   an d   t h s i m u la tio n s   ar ca r r ie d   o u in   MA T L A B ,   w it h   A NN  to o b o x .   T h f r eq u en c y   d ep en d e n t   o u tp u v o lta g is   ta k e n   as  in p u to   ANN  m o d el  w h ich   y ield s   co m p en s a ted   o u tp u [ 4 ] .   I r esu lt s   in   f r eq u e n c y   d r if co m p en s at io n   w i t h   m i n i m u m   m ea n   s q u ar er r o r   ( MSE )   o f   7 . 7 4   e - 2 .   Fig u r 2 .   s h o w s   n e u r o n   i n   ANN   m o d el.   T h i n p u t   la y er   h a s   t w o   i n p u t s   a n d   b ias.  T w o   n e u r o n s   ar s elec ted   f o r   h id d en   la y er .   T h is   w o r k   f o cu s ed   o n   FP AA   b ased   h ar d w ar i m p le m e n tatio n   o f   i n p u t   v ib r atin g   f r eq u e n c y   i n d ep en d en in ter f ac cir cu i t   d ev elo p m en t.           Fig u r 2 .   B asic sin g le  n e u r o n   m o d el       3 . 2 .   F P AA  Str uct ure   R ec en t l y   l ik FP GA  in   d ig ita d esig n ,   A n ad i g m   p r o v id ed   Fie ld   p r o g r am m ab le  a n alo g   ar r a y s   ( FP AA )   w it h   o n   b o ar d   d y n a m ic  co n f ig u r at io n   ca p ab ilit y   g iv e s   d e s ig n er s   u s er   f r ie n d l y   p lat f o r m   i n   a n alo g   d es ig n .   FP AA   h as  f u ll y   d i f f er e n tial  a r ch itect u r w h ic h   i s   s u itab le  an d   ad v an tag eo u s   f o r   lo w   v o ltag a n alo g   s i g n a l   p r o ce s s in g .   FP AA  co n s is t   o f   f o u r   C A B   b lo ck s   in   w h ich   i m p le m en ta tio n   o f   a n alo g   c ir cu it s   is   s i m p ler ,   ea s ier   an d   les s   ti m tak i n g .   I u s e s   th s w itc h ed   ca p ac itan ce   ( SC )   tech n o lo g y   at  t h b ac k en d   i n   w h ic h   elec tr ica l   ch ar g t h r o u g h   ca p ac ito r   is   co n tr o lled .   Fig u r 3   s h o w s   t h in ter n al  b asic  s tr u ct u r o f   th FP AA   m o d el  A N2 3 1 E 0 4 .   T h b ig g est  ad v an tag o f   FP AA   i s   d y n a m ic  r ec o n f i g u r atio n   ab ilit y   w h ic h   p r o v id es  o n   b o a r d   p ar am eter   c h a n g in g   f ac ilit y   r e d u cin g   ti m f o r   d ev elo p m e n t.   I h as   s e v en   co n f i g u r ab le  i n p u t - o u tp u ce ll s   an d   t w o   d ed icate d   o u tp u f o r   in ter f ac in g .   T h m ai n   f ea t u r es i n cl u d in g ,   lo w   in p u t o f f s et  t h r o u g h   ch o p p er   s tab ilized   a m p li f ier s   lead i n g   to   b etter   p er f o r m an ce .   T h m ain   f o u r   an a lo g   in d ep en d e n m o d u les  co n s is ti n g   o f   t h lo o k - u p   tab le,   in p u an d   o u tp u i n ter f ac es  h av in g   t h a n alo g   f u n ct io n s   cr atin g   f ac ilit y .   L o o k - Up   T ab le  ( L UT )   h av i n g   2 5 6   B y te  ca p ac ities   ca n   b m o r s u i tab le  f o r   s en s o r   ch ar ac ter is tics   l in ea r izatio n   a n d   ar b itra r y   s ig n al   g en er atio n .   T h ty p ical  f r eq u en c y   r an g f o r   o p er atio n   is   f r o m   D C   to   2 MH h av i n g   B r o ad b an d   Sig n al  to   No is R atio   o f   9 0 d B   an d   Nar r o w b an d   ( au d io )   S/N r atio   o f   1 2 0 d B   [ 1 1 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       MEMS   S eismic S en s o r   w ith   F P A A   B a s ed   I n terf a ce   C ir cu it f o r   F r eq u en cy - Dri ft…  ( R a mes h   P a w a s e )   123       Fig u r 3 .   I n ter n al  b lo ck   d iag r a m   o f   FP AA       3 . 3 .   F P AA  B a s ed  I m ple m e nt a t io n   T h v ib r atin g   f r eq u e n c y   d ep en d en o u tp u v o lta g ( 0   to   2 . 5 V)   o f   s eis m ic  s en s o r   f o r   v ib r atin g   v elo cit y   ( 0   to   0 . 5   c m /s )   is   u s ed   as   i n p u f o r   FP AA   b a s ed   in ter f ac cir c u it  w h ic h   p r o v id es   f r eq u e n c y   in d ep en d en o u tp u v o lta g e.   Fig u r 4   s h o w s   th b asic  w o r k in g   m o d el  o f   o u r   r esear ch   w h ic h   h as  t w o   p ar ts   co n s is tin g   o n li n s e n s o r   o u tp u p r o ce s s ed   b y   i n ter f ac cir cu it  an d   o th er   h av i n g   o f f li n A N m o d el  f i n d i n g   o p tim u m   p ar a m eter s   lik w ei g h t s   a n d   b ias  w h ic h   ar t h en   tak en   in to   ac co u n w h ile  d es i g n   o f   FP AA   b ased   in ter f ac cir c u it.  Fi g u r 5   d ep icts   th s in g le  n eu r o n   i m p l e m en tatio n   o f   FP AA   b a s ed   in ter f ac cir c u it  i n   An ad ig m   Des ig n er   2   s i m u lato r   [ 1 2 ]   w h ic h   is   th e n   i m p le m e n ted   in   FP AA   h ar d w ar d ev elo p m e n k it  as  s h o w n   in   Fi g . 6 .   T h o n n eu r o n   i s   an al y s ed   i n   FP AA   h ar d w ar w h i ch   u s es 3 . 3 as su p p l y   v o lta g f o r   o p er atio n .   T h h y p er b o lic  tan   tr an s f er   f u n ct io n   is   i m p le m en ted   i n   lo o k   u p   ta b le  as sh o w n   in   F ig u r 7.           Fig u r 4 .   B lo ck   d iag r a m   o f   s e n s o r   w it h   FP AA   b ased   I n ter f a ce   cir cu it   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  6 ,   No .   2 J u l y   2 0 1 7   :   1 20     1 26   124       Fig u r 5 .   I m p le m e n tatio n   o f   F P AA   b ased   in ter f ac cir cu it  i n   an ad ig m   d esi g n er           Fig u r 6 .   I m p le m e n tatio n   o f   F P AA   b ased   in ter f ac cir cu it       Fig u r 7 .   H y p er b o lic  tan   tr an s f er   f u n c tio n   i m p le m en ted   i n   lo o k   u p   tab le       4.   P E RF O RM ANCE E VA L U AT I O N   4 . 1 .     P er f o rm a nce  M et rics   E r r o r   in   p er ce n tag is   ca lc u l ated   an d   an al y s ed   f o r   th r an g o f   in p u v elo ci t y ,   0   to   0 . 5 c m /s .   T h e   s ec o n d   m etr ic s   is   u s ed   as th r eso u r ce   u til izatio n   i n   FP AA   h ar d w ar w h ic h   is   al s o   ex p r ess ed   in   p er ce n tag e.     4 . 2 .     Dis cus s io n o n Re s u lt s   I n   p r o p o s ed   s y s te m ,   t h f r eq u en c y   d ep en d en o u tp u t   v o lta g is   ta k e n   as   i n p u to   A NN  m o d el  w h ic h   y ield s   co m p en s ated   o u tp u t.  T h i n p u t   la y er   h a s   t w o   in p u ts   an d   b ias.  Fo r   ex p er i m en ta ti o n   t w o   n eu r o n s   i n   h id d en   la y er   ar u s ed   i m p le m e n t h cir c u it   w it h   s i m p l i cit y .   T h s elec ted   m et h o d   o f   tr ai n i n g   is   b ac k   p r o p ag atio n   alg o r ith m   a n d   th e   s i m u lat io n s   ar ca r r ied   o u i n   MA T L A B ,   w it h   A N to o b o x .   Fig u r 8   s h o w s   m i n i m ized   er r o r   w it h   r ef er en ce   to   v elo city   a n d   Fig u r 9   s h o w s   t h o u tp u v o ltag f o r   d if f er en v ib r atin g   f r eq u en c y ,   a f ter   ap p ly in g   A N b ased   co m p en s atio n   m o d el  in   FP AA .   T ab le  1   s h o w s   r eso u r ce   u tili za tio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       MEMS   S eismic S en s o r   w ith   F P A A   B a s ed   I n terf a ce   C ir cu it f o r   F r eq u en cy - Dri ft…  ( R a mes h   P a w a s e )   125       Fig u r 8 .   E r r o r   in   p er ce n tag e       T ab le  1 .   R eso u r ce   Utilizatio n     F P A A 1   F P A A 2   R e so u r c e s   C   Op   Co   S A R   C   Op   Co   S A R   C A B   1   06   02   01   01   06   02   01   01   C A B   2   06   02   --   --   08   01   --   --   C A B   3   --   --   --   --   04   01   --   --   C A B   4   --   --   --   --   06   01   01   01   T o t a l   u se d   12   04   01   01   24   05   02   02   A v a i l a b l e   32   08   04   04   32   08   04   04   U t i l i z a t i o n   i n   %   3 7 . 5   50   25   25   75   6 2 . 5   50   50   P o w e r   9 4 . 2 8   mW   1 1 2 . 3 4   mW   C :   C a p a c i t o r s,  O p :   N o   o f   O p e r a t i o n a l   A mp l i f i e r s,  C o :   C o mp a r a t o r s,  S A R :   S u c c e ssi v e   a p p r o x i mat i o n   r e si s t o r s       Fig u r 9 .   s h o w s   th g r ap h s   o f   v elo cit y   a n d   o u tp u v o l tag af ter   co m p e n s atio n .   FP AA   b ased   co m p e n s at io n   c ir cu it   g iv e s   t h er r o r   in   f r eq u e n c y   d r if t   i n   t h e   r an g o f   3 . 6 8 to   ab o u t   0 . 6 4 as  co m p ar ed   to   A N s i m u lated   r es u lt s   i n   t h e   r an g e   o f   2 3 . 0 7 to   0 . 9 9   %.   Fig u r 1 0   s h o w s   co m p ar i s o n   o f   FP AA   r eso u r ce   u tili za t io n           Fig u r 9 .   ME MS  s eis m ic  s e n s o r   ch ar ac ter is tics - v elo cit y   v /s   o u tp u t v o lta g o f   a f ter   v ib r atin g   f r eq u e n c y   co m p e n s at io n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  6 ,   No .   2 J u l y   2 0 1 7   :   1 20     1 26   126       Fig u r 1 0 .   C o m p ar is o n   o f   FP AA   r eso u r ce   u til izatio n       5.   CO NCLU SI O AND  F U T U RE   SCO P E   I n   t h is   p ap er   w e   p r o p o s ed   in p u v ib r atin g   f r eq u e n c y   d ep en d en co m p e n s a tio n   m o d el  w i th   m i n i m u m   er r o r   an d   its   i m p le m e n tat io n   i n   t h r an g o f   0   to   0 . 5   v elo ci ties   a g ain s t h e x p ec ted   f r eq u en c y   i n d ep en d en t   co m p e n s at io n .   FP AA   b ased   n eu r o n   i m p le m e n tatio n   is   p r o p o s ed   w it h   q u ic k   p r o to t y p f o r   in ter f ac cir c u it.   T h is   s in g le  n e u r o n   co n s u m es  o f   p o w er   o f   2 0 6 . 6 2   m W .   T h e   av ailab le  r eso u r ce s   ar n o f u ll y   u t ilized   f o r   o n e   n eu r o n   i m p le m e n tatio n .   Dev el o p ed   p r o to ty p g i v es   ad v an tag es in   ter m s   o f   le s s   ti m to   i m p le m e n t,  i n ter ac tiv e   h ar d w ar a n d   s i m u latio n   d esi g n   e n v ir o n m en h o w e v er   s a m cir cu it  i m p le m e n tat io n   i n   ASI C   m a y   ta k m u c h   ti m f o r   i m p le m e n tat io n .   U s in g   t h is   FP AA  b ased   co m p e n s at io n   cir cu i t,  t h er r o r   in   f r eq u e n c y   d r if h a v e   b ee n   m i n i m ized   in   t h r an g o f   3 . 6 8 to   ab o u t   0 . 6 4 as  co m p ar ed   to   A NN  s i m u lated   r e s u lts   in   th e   r an g o f   2 3 . 0 7 % to   0 . 9 9   %.  A s   t h p r o p o s ed   h ar d w ar co n s i s ts   all  a n alo g   en v ir o n m en w h ic h   r e m o v es t h r eq u ir e m e n t   o f   ADC  a n d   DAC  r ed u ci n g   s ig n i f ica n p o w er   an d   s ize  o f   in ter f ac cir cu it.  T h is   w o r k   g iv e s   th SM A R T   ME MS  s ei s m ic  s e n s o r   w it h   r e liab le  o u tp u t a n d   A N b ased   i n telli g e n t i n ter f ac e   cir cu it   i m p le m e n ted   in   FP AA  h ar d w ar e.   F u r th er   w o r k   f o cu s es o n   th C MO S b ased   A SI C   s o lu tio n .       ACK NO WL E D G M E NT     T h au th o r s   e x ten d   t h eir   r eg a r d s   to   SIT R C   Nash i k ,   A V C O E ,   San g a m n er   an d   R esear c h   P r o m o tio n   Sch e m o f   B C UD,   Sa v itrib ai   P h u le  P u n U n i v er s it y ,   I n d i a,   f o r   p r o v id in g   r eso u r ce s   i n   r esear ch   w o r k .   T h e   au th o r s   d ec lar th a t th e y   h a v n o   co m p etin g   i n ter est s .       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ka ig h a m   J.  Ga b riel,   M icro e lec tro m e c h a n ica S y ste m (M EM S T u to rial” ,   IEE In tern a ti o n a T e st  Co n f e re n c e ,   1 9 9 8 ,   p p . 4 3 2 - 4 4 1 .   [2 ]   D.  Ch e n ,   e a l. ,   A   m icro   e lec tro c h e m ic a se is m ic  se n so b a se d   o n   M EM S   tec h n o lo g ies ,   S e n s .   A c tu a to rs  A P h y s.  (2 0 1 3 ),   h tt p :/ / d x . d o i. o rg / 1 0 . 1 0 1 6 / j. sn a . 2 0 1 2 . 1 2 . 0 4 1     [3 ]   G u a n g b e L ia,  D e y o n g   C h e n a ,   Ju n b o   W a n g a ,   Ch e n   Jia n a ,   W e n tao   He a ,   Yu n ji e   F a n a   a n d   T a o   De n g a ,   A   M EM S   Ba se d   S e ism i c   S e n so Us in g   th e   El e c tro c h e m ica A p p ro a c h   P ro c e d ia E n g in e e rin g   4 7   (   2 0 1 2   3 6 2     3 6 5   [4 ]   Ra m e sh   P a wa se ,   Dr.N.   P .   F u tan e ,   A rti f ici a Ne u ra N e t w o rk B a se d   M a th e m a ti c a M o d e li n g   f o I n terf a c e   Circu it   o f   M EM S   El e c tro c h e m ic a S e is m ic   S e n so f o F re q u e n c y - Dri f t   Co m p e n sa ti o n   In tern a ti o n a S y m p o siu m   o n   P h y sic s an d   T e c h n o lo g y   o f   S e n so rs (IS P T S - 2     [5 ]   Ra m e sh   P a w a se ,   Dr.N.   P .   F u tan e , " A n g u lar  ra te  e rro c o m p e n sa t io n   o f   M EM S   b a se d   g y ro sc o p e   u sin g   a rti f icia n e u ra n e tw o rk " ,   In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   P e rv a siv e   Co m p u ti n g   (IC P C),   2 0 1 5 , p p . 1 - 4   [6 ]   E. G .   Ba k h o u m ,   M . H.M .   Ch e n g ,   F re q u e n c y - se lec ti v e   s e is m ic  s e n so r,   IEE T ra n s - a c ti o n o n   In stru m e n t a ti o n   a n d   M e a su re m e n 1 6   ( 3 ( 2 0 1 2 8 2 3 8 2 9 .     [7 ]   Em il   Di m it ro v   M a n o lo v ,   M ih a i Hristo v   T z a n o v   a n d   F il ip   T o d o r o v   Ko p a ra n o v ,   " F P AA   I m p l e m e n tatio n   a n d   In v e stig a ti o n   o f   A n a lo g   Ne u ro n s" ,   A NN U AL   JO UR N AL   OF  EL ECT RON ICS ,   2 0 0 9 ,   IS S N 1 3 1 3 - 1 8 4 2   [8 ]   A n th o n y   S .   De e se ,   C.   O.  N w a n k p a , " De si g n   a n d   T e stin g   o f   Cu sto m   F P A A   Ha rd w a r e   W it h   Im p ro v e d   S c a lab il it y   f o Em u latio n   o f   S m a rt  G rid s" ,   IEE T R A NS A C T ION S   ON   S M A R T   G RID,  V OL .   5 ,   NO .   3 ,   M A Y 2 0 1 4   1 3 6 9 .   [9 ]   Dia P e re ira  JM,   P o sto lac h e   O,   S i lv a   G irao   P M B,   Cre tu   M i h a i,   M i n im izin g   te m p e ra tu re   d rif e rro o f   c o n d it i o n i n g   c ircu it s u sin g   a rti f icia n e u ra n e t w o rk s ,   IEE T ra n s In tru m   M e a s 2 0 0 0 ,   4 9 (5 ) .   [1 0 ]   N.P .   F u ta n e   ,   S .   Ro y   Ch o w d h u ry   ,   C.   Ro y   Ch o w d h u ry   ,   H.  S a h a   ,   AN b a se d   CM OS  A S IC  d e sig n   f o i m p ro v e d   tem p e r a tu re - d rif c o m p e n sa ti o n   o f   p iez o re sist iv e   m icro - m a c h in e d   h ig h   re so l u ti o n   p re ss u re   se n so r” ,   M icro e lec tro n ics   Re li a b i li ty   5 0   (2 0 1 0 ),   p p . 2 8 2 2 9 1   [1 1 ]   N.  P .   F u tan e   , S .   Ro y Ch o w d h u r y   , C.   Ro y Ch a u d h u r , H.  S a h a ,   A n a lo g   A S IC  f o im p ro v e d   tem p e ra tu re   d rif t   c o m p e n sa ti o n   o f   a   h ig h   se n siti v e   p o r o u sili c o n   p re ss u re   se n so r,   S p rin g e r,   A n a lo g   In teg Circ  S ig   P r o c e ss   (2 0 1 1 )   6 7 : 3 8 3 3 9 3 .   [1 2 ]   A n a d ig m   F P AA   A N2 3 1 E0 4   Da ta sh e e Re v   1 . 1 ,   h tt p :/ /w ww . a n a d ig m . c o m /_ d o c /DS 2 3 1 0 0 0 - u 0 0 1 . p d f   [1 3 ]   A n a d ig m   De si g n e r®2 ,   Us e M a n u a so f tw a re   v e rsio n   2 . 4 . 0 . 5 ,   h tt p :/ /w ww . a n a d ig m . c o m _ d o c /UM 0 2 0 8 0 0 - U0 0 1 . p d f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.