Técnicas mixtas adaptativas en tecnologías cmos para procesadores analógicos
- Autores: Guillermo Zatorre Navarro
- Directores de la Tesis: Nicolás Medrano Marqués (dir. tes.), Santiago Celma (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alfonso Carlosena García (presid.), Javier Hernández de Miguel (secret.), Antonio López Martín (voc.), Eduardo Jose Peralias Macias (voc.), José Luis Ausín Sánchez (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Las actuales tecnologías microelectrónicas CMOS carecen de muchas de las características que serían deseables para la integración de sistemas analógicos, debido a la constante reducción de las tensiones de alimentación y de la longitud del canal. Entre las consecuencias más negativas de esta tendencia, cabe destacar la reducción del rango dinámico a la que se ven sometidos los elementos activos, que dificulta el procesado de señal en modo de tensión. Estas carencias se ven acusadas en los procesos optimizados, expresamente, para la fabricación de sistemas digitales. Son estas tecnologías, sin embargo, las más baratas y por lo tanto las preferibles desde el punto de vista económico, para la integración de cualquier sistema. Gran parte de los esfuerzos de investigación de las últimas décadas se ha centrado en el uso de este tipo de tecnologías para la implementación de sistemas on-chip, que aúnan la parte analógica y la digital en un único circuito integrado, con la consecuente reducción de tamaño y coste.
Las técnicas de implementación de sistemas adaptativos pueden ser clasificadas en tres categorías, atendiendo a los diferentes requerimientos de consumo, tamaño y portabilidad. En aplicaciones en las que se requiere gran potencia de cálculo y la portabilidad, el consumo y el tamaño no son determinantes, la implementación se puede realizar simulando el sistema adaptativo en un ordenador. Si los requisitos de movilidad, tamaño y consumo son moderados, el sistema adaptativo puede desarrollarse digitalmente, embebido en un microprocesador o un microcontrolador. Cuando la velocidad de procesamiento, el consumo y la portabilidad son requisitos fundamentales, una solución analógica integrada, que proporcione un sistema completo, (System on Chip, SoC) es la mejor solución.
Entre las múltiples aplicaciones de este tipo de sistemas destaca, en los últimos años, el acondicionado de la respuesta de los sensores que conforman unidades sensitivas de varias variables físicas. La interconexión, entre estos sensores y la parte digital del sistema, a menudo necesita una etapa de acondicionamiento. Esta etapa contendrá una sección analógica, para el acondicionado de la respuesta del sensor, que extenderá su rango lineal y reducirá sus dependencias con variables físicas no deseadas, y conversores analógico-digitales para digitalizar los datos que ha de procesar el micro-controlador.
La utilización de circuitos adaptativos para el acondicionamiento de sensores permite el reajuste cuando la operación del conjunto "circuito de adaptación-sensor" modifique su comportamiento debido al envejecimiento, efectos ambientales o simplemente a la sustitución del sensor, consiguiendo un rendimiento óptimo en todo momento. Las características del perceptrón hacen que sea un buen candidato para su utilización en el procesado analógico-digital adaptativo de señal. Para facilitar su incorporación en sistemas portátiles, se ha de conseguir que funcione con rangos de tensión compatibles con los proporcionados por baterías compactas de bajo voltaje, haciendo difícil el procesado de señales en modo de tensión.
En los trabajos presentados en esta memoria se estudian las posibilidades de implementación, en tecnologías CMOS digitales, de sistemas adaptativos basados en el perceptrón como unidad básica de procesamiento. Se estudian también los posibles métodos de ajuste de los parámetros libres del sistema adaptativo, así como la robustez de estos métodos frente posibles desviaciones del comportamiento ideal del sistema. Además, se muestran varias aplicaciones para el acondicionado de sensores, que permiten obtener una extensión de su rango lineal y una insensibilización frente a magnitudes físicas no deseadas. También se muestra la robustez de estos sistemas frente a imperfecciones debidas a factores asociados al proceso de fabricación, condiciones de trabajo (temperatura, tensiones de alimentación, etc.) y envejecimiento
