Referència de tensió compensada en temperatura i de resposta adaptativa a la variació de la tensió d'alimentació per a interfícies de sensors capacitius en sistemes de conversió freqüencial

Resumen

Les tècniques d'adquisició de senyal a nivell freqüencial ofereixen unes prestacions que són especialment adequades en la construcció de sistemes per a l’adquisició de senyal i pre-procés (ROICs) de dades en sistemes basats en sensors. En particular, en la construcció de sistemes amb sensors sense condicionament i en sensors capacitius, les tècniques d'adquisició de senyal basades en convertidors de capacitat a freqüència (CtoF) i de freqüència a codi binari (Fto#) presenten un millor rendiment en temps real i unes millors característiques electròniques en comparació amb els tradicionals convertidors analògic-digitals. Per les característiques que presenten els senyals freqüencials, aquestes tècniques estan especialment indicades en aplicacions que treballen en ambients sorollosos, donat que permeten gaudir d’un rang d’entrada més elevat, proporcionant una multiplexació fàcil en sistemes d'adquisició multicanal, alhora que mantenen excel·lents precisions, consums reduïts i baixos costos de disseny. El treball Referència de tensió compensada en temperatura i de resposta adaptativa a la variació de la tensió d’alimentació per a interfícies de sensors capacitius en sistemes de conversió freqüencial introdueix millores en l’aplicació de tècniques clàssiques Fto# i presenta el disseny d’un circuit CtoF que millora les prestacions dels circuits d’adquisició de senyal de característiques similars presentats en la literatura. El circuit CtoF està compost per la unió d’un oscil·lador de relaxació més un circuit de referència en voltatge o bandgap: - L’oscil·lador de relaxació de baix consum està dissenyat per treballar en aplicacions de baixa freqüència (fins a uns pocs MHz) i mostra un bon marge de soroll de fase (-103,3 dBc/Hz a 612KHz), amb una baixa dependència a les variacions de la tensió d’alimentació. - El circuit bandgap dissenyat millora les prestacions de bandgaps similars presentats en la literatura. Té un consum d'energia baix (26?A), un bon PSRR (-49dB a 10MHz) i una molt baixa dependència a variacions de la temperatura (només 16 ppm/ºC). El disseny particular d’aquest bandgap mostra una dependència amb la tensió d’alimentació específicament calculada per a ser acoblat a l’oscil·lador de relaxació. - La unió del bandgap i de l’oscil·lador de relaxació conformen el CtoF final. Respecte a l’aïllament del CtoF les variacions de la tensió d’alimentació, cal notar que una variació del 20% de VDD, provoca una variació de només el 0,67% en la freqüència de sortida, mostrant el millor resultat de la literatura. El circuit CtoF s’ha integrat en un ROIC. La verificació final del circuit mostra que les millores introduïdes (en relació a resultats presentats en la literatura) en quan a rang de capacitats d'entrada, compensació de la temperatura, consum d'energia i PSRR, es deuen en gran mesura a l’acoblament del nou circuit de referència en voltatge amb l’oscil·lador de relaxació.