Orientador: José Antonio Siqueira Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:39:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_AlexandreDavidRinco_M.pdf: 2843880 bytes, checksum: ecc88d93aeb48f3dad51bc6b4d4fe6f4 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo que visa otimizar os sistemas de ripple counter mediante a utilização de relés de estado sólido (FET). Com a utilização de relés de estado sólido para ripple counter é possível não apenas economizar recursos com a montagem do circuito, mas também inserir proteções inerentes ao FET. Este trabalho também mostra que é possível compensar as variações de camada devidas ao aumento da temperatura. Os sistemas atuais utilizam relés comuns e circuitos agregados; este trabalho demonstra que o uso de relés de estado sólido em aplicações de ripple counter, considerando as variações de temperatura da junção, é, não apenas viável, como também uma solução que agrega maior valor ao produto / Abstract: In this work a deep study to optimize ripple counter systems utilizing solid state relays (FET) is presented. The usage of solid relay for ripple counter will be possible not only saving money on external circuits but also inserting inherent protection's FET. This work shows that is possible to compensate the layer variations due to temperature's increasing. The currently systems use common relays and aggregates circuits, but the description above demonstrates that the usage of solid-state relay in ripple counter applications considering the junction temperature variations is not only feasible but also a better solution / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Jader Alves de Lima Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T17:45:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZampronhoNeto_Fernando_M.pdf: 5842798 bytes, checksum: 248329a719c06d1a00d97f94590f1b92 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo o estudo de uma arquitetura de regulador de tensão do tipo multi-fase para alimentação de microprocessadores, os quais demandam pequena variação em sua tensão, mesmo face aos seus agressivos transitórios de corrente. O estudo engloba a análise, que descreve as vantagens e desvantagens de topologias de reguladores chaveados, o projeto, a simulação, a fabricação e a caracterização experimental do regulador. Na etapa de projeto, uma nova abordagem no dimensionamento do filtro externo LC é apresentada, considerando-se seus respectivos elementos parasitas, a partir da introdução do parâmetro .fator de não idealidade., ou n, que é compreendido no intervalo [0, 1]. Quanto mais n se aproxima da unidade, menores serão os elementos parasitas do filtro, facilitando a escolha dos capacitores e indutores no mercado. Adicionalmente, é proposta uma técnica de projeto do compensador em freqüência, aplicada em topologias realimentadas por tensão. Esta consiste na soma de sua tensão de saída com a diferença de potencial entre dois de seus nós internos, que ocorre apenas durante o transitório de carga, reduzindo o tempo de resposta do regulador. Simulações mostraram uma queda de mais de 25% na ondulação da tensão de carga utilizando esta técnica, em comparação com a solução convencional. O processo, simulador e modelos utilizados neste trabalho são, respectivamente, o AMS H35, PSPICE e Bsim3v3. O layout do regulador foi feito via Mentor Graphics e possui área efetiva de 0,444mm2. A fabricação na foundry AMS foi viabilizada pelo programa multi-usuário da FAPESP. A caracterização experimental compara o tempo de resposta do regulador nas mesmas condições da etapa de simulação. Resultados experimentais indicaram uma redução de 96,1% na ondulação da tensão de carga durante seu transitório de corrente utilizando a técnica proposta, em comparação a solução convencional, validando a nova técnica de projeto do compensador em freqüência. O presente trabalho é concluído enfatizando-se os objetivos alcançados e principais resultados experimentais obtidos, dificuldades de projeto e limitações da arquitetura do regulador chaveado estudada / Abstract: This work aims to study the topology of multi-phase voltage regulators applied to microprocessors, where only tiny variations in the supply voltage are allowed, even when facing aggressive current transients. This study consists in the analysis, which describes the advantages and disadvantages of switched voltage regulator topologies, design, simulation, layout and experimental characterization of the proposed regulator. In the design phase, a new approach in sizing the external LC filter is herein described, considering their stray elements, through the introduction of the .non ideality. parameter, or n, which is valid within interval [0,1]. As more as n approaches unity, less parasitic elements the filter will have, easing the choice of the capacitors and inductors commercially available. In addition to this, a new technique applied to voltage feedback topologies is proposed, which consists in adding the output voltage of the frequency compensator to a voltage between two of its internal nodes. With such an approach, the response time of the regulator to load transients decreases. Simulation results show a reduction over 25% in the output voltage ripple using this new approach, when comparing to the traditional solution. The process, simulator and models used in this work are, respectively, AMS H35, PSPICE and Bsim 3v3. The layout of the regulator was edited through Mentor Graphics, and it has an effective area of 0.444mm2. The fabrication in foundry AMS was done by multi-user program of FAPESP. The experimental characterization compares the response time of the regulator in the same conditions of simulation phase. Experimental results indicated a 96,1% reduction in load voltage ripple during transient, when comparing the purposed technique with the traditional solution, validating the excellent performance of the regulator with the new design technique. This work is concluded by emphasizing the reached objectives and main experimental results reached, design difficulties and limitations of the switched-regulator architecture studied / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Jader Alves de Lima Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T22:10:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mansano_AndreLuisRodrigues_M.pdf: 2816553 bytes, checksum: 2746391c004342d1e0c2d8c4c2f507e8 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho de Mestrado, foi projetado um conversor DC/DC charge-pump (CP) duplicador de tensão para corrente de carga máxima de 20mA, e que necessita de circuitos de controle para o apropriado acionamento das chaves, regulação de tensão e proteção do estágio duplicador de tensão. O sistema de controle projetado é composto por um circuito de regulação linear (CRL), um regulador Skip, um limitador de corrente (LC) e um circuito de bootstrapping (BOOT) que auxilia o acionamento do estágio duplicador. CP corresponde ao estágio de potência do sistema que faz interface direta com a carga, sendo sua tensão de entrada (PVIN) nominal no valor de 1,5V. O trabalho objetiva obter um conversor DC/DC funcional (demonstrado por resultados de Silício) atingindo resultados experimentais com o menor desvio possível comparados aos valores simulados durante o projeto. A tensão simulada de saída (VOUT), a vazio (sem carga), é 3V. Para carga máxima DC (20mA), o valor de VOUT simulado é de 2,4V. O circuito BOOT gera uma tensão na faixa de 4,5V - 5V, para uma carga DC de 1mA. A corrente limitada pelo bloco LC no circuito duplicador é 30mA. O CLR gera uma tensão inversamente proporcional a VOUT, tendo seus limites mínimo e máximo de 1,3V e 5,2V, respectivamente. Todo o sistema foi integrado no processo de fabricação AMS 0.35um HV, exceto os capacitores do estágio duplicador e do circuito de bootstrapping que são externos. Os resultados experimentais mostram desvio (comparados com simulação) de -12,5% em VOUT @ 20mA DC e -0,13% sem carga, -6% à saída de BOOT @ 1mA DC, +23% CLR mínimo, -3,85% em CRL máximo e +10% na corrente limitada. Durante o desenvolvimento deste trabalho, o Circuito de Regulação Linear (CRL) foi publicado no SBCCI 2009 apresentando sua rápida resposta à transientes de carga, o que é sua grande vantagem comparado a circuitos anteriormente propostos / Abstract: In this work, a DC/DC charge-pump voltage-doubler converter, for maximum load current of 20mA, was designed and fabricated. The Charge Pump (CP) needs control circuits for properly switching, voltage regulation and protection of voltage doubler stage. The control system designed comprises a linear regulation circuit (CRL), a Skip mode regulator, current limitation circuit (LC) and a bootstrapping circuit (BOOT), which provides the appropriate voltage to turn on CP power transistors. The voltage doubler is the power stage that interfaces directly to the load and its nominal input voltage PVIN is 1.5V. The objective of this work is to guarantee that the proposed DC/DC converter works properly (proved by Silicon results) and to achieve experimental results with the least deviation possible compared to simulation. The nominal output voltage (VOUT) with no load is 3V. For maximum DC load (20mA), simulated VOUT is 2.4V. BOOT circuit provides voltage within 4.5V - 5V for DC current load of 1mA. The LC limits the drawn current through the voltage-doubler at 30mA. The CRL provides a control voltage inversely proportional to VOUT and its minimum and maximum are 1.3V and 5.2V respectively. The whole system has been integrated in AMS 0.35um HV except the capacitors of CP and BOOT circuits. The experimental results show deviation (comparing to simulation) of -12,5% on VOUT @ 20mA DC and -0,13% @ no load , -6% on BOOT output @ 1mA DC, +23% CLR minimum, -3,85% CRL maximum and +10% on LC circuit. During the development of this work, the CRL circuit has been published in the SBCCI 2009 conference to present its fast-response to stringent load transient which is the biggest CRL advantage compared to previously proposed circuits / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antonio Siqueira Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:56:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Amaral_WellingtonAvelinodo.pdf: 14948298 bytes, checksum: 62522f5a0f70fd9563d5ac2c4c4652e2 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho teve como finalidade o projeto e prototipagem de uma referência de tensão CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) baseada na tensão de limiar do transistor MOS (Metal Oxide Semiconductor). A inovação apresentada neste trabalho é a utilização de uma arquitetura original e com alto desempenho. Nas medidas realizadas em laboratório o circuito apresentou uma variação de 11ppm/0C. Desempenho este comparável às referências do tipo bandgap. Também foi projetado um sensor de temperatura com coeficiente térmico igual a 1mV/0C. Portanto, dois circuitos foram enviados para fabricação (o circuito ceinv35 e o circuito ceinv66). O circuito ceinv35, utilizando suas estruturas de trimmer, pode operar como referência de tensão ou como sensor de temperatura. O circuito ceinv66 foi a principal configuração estudada. Ele utiliza um circuito extrator de Vth, um circuito de start-up e um amplificador operacional. O circuito extrator de Vth utiliza uma topologia inovadora. Nos dois circuitos (ceinv35 e ceinv66) foram utilizadas estruturas de trimmer para possibilitar ajustes externos. No capítulo de introdução é apresentado um "overview" dos circuitos utilizados como referência de tensão. São analisadas algumas referências do tipo bandgap e algumas técnicas usualmente utilizada para o projeto de referências de tensão CMOS. No capítulo 2 são analisados o princípio de funcionamento e todo o equacionamento do circuito proposto. No capítulo 3 são apresentados os resultados de simulação. O circuito ceinv35 apresentou um coeficiente térmico igual a 1mV/0C, funcionando ele como sensor de temperatura. Já operando como referência de tensão, a variação apresentada foi de 4:06ppm/0C. O circuito ceinv66 apresentou uma variação de apenas 3:14ppm/0C. O capítulo 4 cobre o projeto dos layouts dos circuitos. Eles foram projetados utilizando a tecnologia da AMS (Austria Microsystems) de comprimento mínimo de canal igual a 0:35_m. No capítulo 5 são apresentados os resultados da extração de parasitas dos circuitos. Após esta análise foi verificada a necessidade de reajuste dos circuitos, utilizando as estruturas de trimmer. No capítulo 6 são fornecidos os resultados experimentais dos dois circuitos. No capítulo 7 é apresentada uma alternativa para o projeto da referência de tensão sem a necessidade da utilização do circuito de start-up. Neste mesmo capítulo também é apresentada uma proposta de metodologia para projeto dos trimmers do circuito. No capítulo 8 são discutidas as inovações propostas neste trabalho e algumas conclusões sobre o projeto apresentado. / Abstract: The objective of this work is to design and prototype a CMOS voltage reference based on the threshold voltage of the MOS transistor. The innovation presented in this work is the use of an original architecture with high performance. In the laboratory measurements the circuit presented 11ppm/0C of variation. This performance is comparable to the bandgap references. A temperature sensor was also designed and presented a temperature coefficient of 1mV/0C. Therefore, two circuits were prototyped (the ceinv35 circuit and the ceinv66 circuit). The circuit ceinv35, using the trimmer structures, can operate as a voltage reference or a temperature sensor. The circuit ceinv66 was the main topology studied. It uses a Vth extractor circuit, a start-up circuit and an operational amplifier. The Vth extractor circuit uses an original topology. In both circuits (ceinv35 and ceinv66) were used trimmer structures to make possible off-chip adjusts. In the introduction chapter is presented an overview of the circuits used as voltage references. Some bandgap references and some techniques used to design CMOS voltage references are analyzed. In chapter 2 are shown the operation principles and the equations extracted of the proposed circuit. In chapter 3 are shown the simulation results. The circuit ceinv35 presented a temperature coefficient of 1mV/0C, working as a temperature sensor. On the other side, working as a voltage reference, the variation presented was 4:06ppm/0C. The circuit ceinv66 presented a variation of just 3:14ppm/0C. The chapter 4 covers the layout design of the circuits. The AMS (Austria Microsystems) technology with a minimum channel length of 0:35_m was used. In chapter 5 are presented the parasitic extraction simulations. After this analyses new adjusts were made in the circuits. The trimmers structures were used for this adjusts. In chapter 6 are provided the experimental results of both circuits. In chapter 7 is presented an alternative for the voltage reference design without using a start-up circuit. In this chapter is also presented a methodology for the trimmers design. In chapter 8 are discussed the proposed innovations and some conclusions about the design presented. / Universidade Estadual de Campi / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica