Resumen de Circuito CMOS para el control de temperatura de sensores de gas MOX

Luis Carlos Álvarez Simón, Emmanuel Gómez Ramírez

• español

  En los últimos años, la contaminación del aire y la detección de gases nocivos se han convertido en una vertiente en la investigación. Por ello, hoy en día se han desarrollado diversos sensores capaces de detectar diferentes gases, por ejemplo, los sensores químico-resistivos y los de tipo metal-óxido-semiconductor (sensores MOX), los cuales se destacan entre otras tecnologías. Los sensores de gas MOX permiten detectar múltiples gases con una alta sensibilidad y además son compatibles con tecnologías de integración CMOS. Los sensores MOX combinan un elemento de sensado de gas y un elemento de calentamiento para la selectividad de gases. Actualmente, la modulación de la temperatura de operación es una de las técnicas más usadas para mejorar la selectividad y estabilidad de los sensores de gas MOX. En este trabajo se propone un circuito de control on/off para la modulación de la temperatura de operación de sensores MOX utilizando la resistencia del calentador para monitorear su temperatura. Este circuito permite aplicar diferentes técnicas de modulación de temperatura tales como la técnica de modulación por pulsos, la técnica de modulación por ondas periódicas y el control a diferentes niveles de la temperatura de operación para la generación de matrices virtuales de sensores mediante un solo sensor. El circuito se diseñó en una tecnología CMOS de 180nm y se simuló usando un modelo simple del sensor comercial AS-MLC de AppliedSensor. El circuito propuesto permite alcanzar exactitudes de 0.2 Ω en el valor de la resistencia del calentador, el cual corresponde aproximadamente a un error de 1 °C en la temperatura de operación del sensor.

• English

  In the last years, air pollution and the detection of harmful gases has become one important branch in research. For this reason, several sensors capable of detecting different gases have been developed, for example, chemical-resistive sensors and metal-oxide-semiconductor sensors (MOX sensors). MOX gas sensors allow the detection of multiple gases with high sensitivity and are also compatible with CMOS integration technologies. The MOX sensors combine a gas sensing element and a heating element for the gas selectivity. Currently, the modulation of the operating temperature is one of the most used techniques to improve the selectivity and stability of the MOX gas sensors. In this work, an on/off control circuit for temperature modulation in MOX sensors using resistance from Heater to monitor the temperature is proposed. This circuit allows applying different temperature modulation techniques like pulses modulation technique, periodic wave modulation technique, and control at different levels of the operating temperature for the generation of virtual arrays of sensors by a single sensor. The circuit was designed in a 180nm CMOS technology and simulated using a simple model of a commercial sensor AS-MLC from AppliedSensor. The proposed control circuit allows achieving accuracies of 0.2Ω in the Heater resistance value, which corresponds to an error of 1 °C in the operating temperature of the sensor approximately.