Diseño de moduladores Delta-Sigma en tecnología CMOS-VLSI. Aplicación al desarrollo de circuitos de interfaz para sensores capacitivos

Abstract

[spa] La tecnología microelectrónica esta entrando a formar parte de la vida cotidiana. Así, además del ordenador PC, tanto en los vehículos, como en las viviendas es difícil encontrar equipos o subsistemas eléctricos que no incluyan algún tipo de circuito integrado para su control. Aspectos como la automatización de viviendas y edificios se empieza a considerar una cuestión clave para la industria informática. Los cuales se basan en buses de campo. Estos precisan de sensores que le informen del estado de la vivienda, industria, vehículo... que se desea controlar, y actuadores que permitan modificar dicho estado. Sin embargo, los sensores y actuadores son, en general, sistemas analógicos, con salidas difícilmente estandarizables si no se les incluye una electrónica que acondicione la señal, la convierta en digital, y la adapte a dicho estándar. La respuesta a esta necesidad la han dado los microsistemas, que permiten incluir en una oblea de silicio sensores, actuadores y la electrónica de control necesaria dando lugar a los llamados sensores y actuadores inteligentes. Sin embargo, la fabricación de estos microsistemas suele precisar de procesos tecnológicos complejos y costosos, que requieren de etapas que normalmente no se realizan en los procesos CMOS estándar. Esto puede implicar la necesidad de realizar el sensor/actuador en una oblea distinta de la del circuito, por problemas de compatibilidad entre procesos. Esta tesis también se enmarca dentro de este campo, y busca el diseño de un circuito de interfaz para sensores capacitivos micromecanizados en silicio. Teniendo en cuenta la posible utilización posterior, se ha impuesto que el diseño debe ser compatible con una tecnología CMOS de bajo coste. Esto lleva a realizar el diseño en tecnologías concebidas inicialmente para la implementación de circuitos digitales. La salida del interfaz debe ser digital, para poder ser conectado fácilmente a un bus digital. Por este motivo, se ha realizado un estudio de las posibles metodologías de conversión. Por último, se ha buscado un diseño siguiendo una metodología Top-Down, acorde con las utilizadas en las tecnologías digitales. Esto simplifica el proceso de diseño cuando se hacen sistemas mixtos, ya que se pueden realizar los diferentes pasos en paralelo. A la hora de escribir esta tesis también se ha seguido este esquema, organizando los capítulos en el mismo orden. Medida de Microsensores Capacitivos: Describe el problema de la medida, haciendo hincapié en los problemas que se pueden encontrar con un microsensor capacitivo. También realiza el estudio de un microsensor concreto, un acelerómetro xyz para el automovil. Diseño Funcional: En este capítulo se estudian las posibles opciones para el diseño de la interfaz. Y posteriormente se analiza la estabilidad del sistema sensor-interfaz. Diseño Estructural: A partir de las decisiones tomadas en el diseño funcional, se baja al nivel de bloques y se estudia que componentes y dispositivos son más adecuados para el diseño a partir de la modelización y simulaciones realizadas. Diseño Físico: Se explica todo el proceso seguido para el diseño de las máscaras de la interfaz. Para ello se presenta una explicación más detallada de aquellos dispositivos que por sus características son más dependientes de las condiciones de las máscaras. Test: Este último capítulo presenta la metodología seguida para la caracterización de los circuitos, así como los resultados obtenidos