Projeto, desenvolvimento e caracterização de um sensor de temperatura integrado em tecnologia CMOS : Design and characterization of a temperature sensor integrated in CMOS technology

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Deótti, Diego, 1983-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639120
Resumo: Orientador: Fabiano Fruett
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Adicionalmente, é feita uma revisão bibliográfica sobre os componentes semicondutores mais utilizados em medida de temperatura. Dedicando uma seção específica para as técnicas de medida que empregam os Transistores Bipolares de Junção (TBJ) como elementos sensores. E por fim, a topologia do sensor escolhido é apresentada, a qual tem por base um oscilador de relaxação. Este circuito, opera basicamente medindo a temperatura através de TBJs, o que resulta em sinais que são convertidos em uma saída digital de 1 bit, cuja razão cíclica é proporcional as mudanças da temperatura. O sensor desenvolvido pode ser utilizado em aplicações de uso geral, tendo potencial de ser embarcado por exemplo, em uma placa de circuito impresso e utilizado em sistemas como secadores de cabelo, secadores de roupa, refrigeradores, ar condicionado e outros. O sensorfoi projetado para operar em uma faixa de temperatura de -40 ºC a 125 ºC. Ele é constituído basicamente por quatro blocos: gerador de correntes, Schmitt trigger, chave de controle e capacitor. O gerador de correntes é responsável por gerar duas correntes, uma compensada em temperatura (IREF) e outra com variação Proporcional a Temperatura Absoluta (IPTAT) a qual é responsável por medir a temperatura. O sensor foi fabricado utilizando a tecnologia TSMC de 180 nm disponibilizada através do programa Mini@sic. Na caracterização o gerador de correntes forneceu IREF com TC de aproximadamente 50 ppm/ºC. A não linearidade da corrente IPTAT foi de aproximadamente 0,4%. Nas medidas de temperatura, o erro máximo pós calibração foi de ±0,68 ºC, a sensibilidade foi de 0,451%/ºC, a faixa dinâmica de 71% e a máxima não-linearidade foi de 1,54%Abstract: This thesis presents the design, development, and characterization of a temperature sensor. It also describes the methodology used in projects of analog integrated circuits and summarize these concepts, through a flowchart. Also, the features and definitions of terms related to sensor design are also explained. Additionally, a literature review of the most used semiconductor components used in temperature measurement is made. Devoting a specific section to the measurement techniques which employ the Bipolar Transistors (TBJ) as sensor elements. Also, the scheme of the chosen sensor is shown, which is based on a relaxation oscillator. This circuit basically operates by measuring the temperature using TBJs, which results in signals that are converted into a 1-bit digital output, which the duty cycle is proportional to temperature changes. The applications of the designed sensor are for general use, having the potential to be embedded, for example, on a printed circuit board and used in systems such as hair dryers, clothes dryers, refrigerators, air conditioning and others. The sensor was designed to operate in a temperature range of -40 ºC to 125 ºC. It consists basically of four blocks: current generator, Schmitt trigger, control switch and capacitor. The current generator is responsible for generating two currents: the first is temperature compensated (IREF) and the other is proportional to absolute temperature (IPTAT) which is responsible for measuring the temperature. The sensor was fabricated using the 180 nm TSMC technology made available through the Mini@sic program. In the characterization step, the current generator provided IREF with a TC of approximately 50 ppm/ºC. The non-linearity of the IPTAT was approximately 0.4%. In the temperature measurements, the maximum error after calibration was ± 0.68 ºC, the sensitivity was 0.451 %/ºC, the dynamic range was 71% and the maximum non-linearity was 1.54%MestradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaMestre em Engenharia Elétrica[s.n.]Fruett, Fabiano, 1970-Manêra, Leandro TiagoLima, Eduardo Rodrigues deUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASDeótti, Diego, 1983-20202020-03-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (131 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639120DEÓTTI, Diego. Projeto, desenvolvimento e caracterização de um sensor de temperatura integrado em tecnologia CMOS: Design and characterization of a temperature sensor integrated in CMOS technology. 2020. 1 recurso online (131 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639120. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1129124Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-07-06T09:33:30Zoai::1129124Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-07-06T09:33:30Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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