Oscilador CMOS para Espectroscopia de Impedâncias

• Autor(a) principal: Mendes, Élvio Vítor Abreu
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/20684
• topic: Espectroscopia de impedâncias; “Two-Integrator”; “MOSFET-only”; Osciladores em quadratura; Técnicas de medição de impedância; Oscilador linear; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática

Neste trabalho foi desenvolvido um oscilador CMOS em quadratura sintonizável numa gama de 1 kHz a 20 kHz para ser utilizado em um medidor de impedâncias e que poderá ser utilizado no âmbito do projeto internacional Proteus [1], utilizando a técnica de espectroscopia de impedâncias. O circuito foi implementado utilizando a tecnologia CMOS de 130 nm, e projetou-se o esquemático deste circuito assim como o layout do circuito final. Foi escolhido um oscilador RC quase linear, designado de Two-Integrator. Esta topologia tem a vantagem de ter baixa distorção a baixas frequências e permite que se sintonize a frequência de oscilação apenas variando a corrente de polarização. Para obter uma frequência de oscilação baixa os transístores têm que ter baixa transcondutância, assim serão polarizados com o mínimo de corrente possível e consequentemente o circuito terá muito baixo consumo, que é fundamental em aplicações para IoT (Internet of Things). Utilizou-se a técnica PCDM (Parallel Compensated Depletion-Mode) para implementar os condensadores com transístores PMOS e assim ocupar a menor área possível. De modo a se ter uma amplitude de oscilação muito baixa nas quatro fases, implementou- se um buffer/atenuador para conseguir atenuar os sinais das quatro fases. O resultado após o layout é um circuito com uma área de 1200 429 m, um consumo de 3.18 mW e uma THD de -31.9 dB a -44 dB para uma frequência de 10 kHz a 20 kHz, respetivamente. A corrente fornecida nas fases do oscilador a uma resistência de 11kΩ é de aproximadamente 10 nA, o que evita a oxidação dos elétrodos do medidor de impedâncias.