Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:49:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339514.pdf: 5834245 bytes, checksum: 19a6493edcb4f7393ff7e0b94e01ac0f (MD5) Previous issue date: 2015 / Apesar da existência de muitas alternativas para geração de base de tempo, não há ainda uma referencia de tempo totalmente integrável que possa oferecer simultaneamente alta precisão, baixa potência e custo de produção reduzido; portanto, não há uma referência de tempo ideal capaz de ter performance melhor do que os osciladores a quartzo disponíveis no mercado. O objetivo principal desse trabalho é de tentar encontrar uma solução em tecnologia CMOS de uma referencia de tempo capaz de substituir osciladores a quartzo na frequência de 32 kHz. Isso implica em projetar um oscilador de baixa potencia, alta precisão e que seja pouco sensível as variações de processo, de tensão e de temperatura. Os elementos básicos do oscilador de relaxação deste trabalho são um transistor zero-Vt que opera como resistor e uma fonte de corrente específica de transistor zero-Vt. Foi desenvolvido também um Schmitt trigger com entrada de corrente e uma fonte de corrente controlada por tensão capaz de acompanhar a variação de corrente devido as variações de processo, tensão e temperatura. As medidas do oscilador fabricados mostraram uma variação de +/- 30ppm/°C na faixa de temperatura de -20°C ate 80°C e uma variação menor do que +/- 500ppm/V para tensão de alimentação entre 0.7 V e 1.8 V. As medidas da estabilidade em frequência mostraram uma variação de +/- 500ppm para estabilidade de longo termo, e um jitter de 2 nano seconds para estabilidade curto termo.<br> / Abstract: Despite many alternatives for time generation, no CMOS fully-integrated time reference offers simultaneously high accuracy, low power consumption, and low cost, and, thus, no ideal time reference suitable to replace the xtalclockis available. The main aim of this work is to contribute to find a solution to this problem, which is to realize a low-cost, low-power CMOS time reference circuit that is insensitive to PVT (Process, Voltage, and Temperature) variations. The basic element of the relaxation oscillator is a zero-VtMOSFET that operates as a resistor and a current source which tracks the specific current of the zero-Vt transistor. The design presented here uses acurrent mode Schmitt trigger and a voltage controlled current source, which can track the current variation due to PVT variations. The frequency of oscillation, proportional to the mobility, is compensated by the thermal voltage. The proposed time reference, fabricated in a 180 nm CMOS technology has been designed for 32 kHz. Test and measurement results show a variation of +/- 30ppm/°C from -20°C to 80°C, and less than +/- 500ppm/V for a variation of the supply voltage between 0.7 V to 1.8 V. As regards frequency stability, measurements have shown a variation less than +/- 500ppm for long term stability, and an rms jitter of 2 nanoseconds (66 ppm) for short term stability.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T00:50:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 183185.pdf: 2210812 bytes, checksum: 07123e7508f20565afef5470328b8040 (MD5) / Apresentação de uma nova estrutura para um comparador de corrente Schmitt-trigger compatível com sistemas de baixa tensão de alimentação. A principal virtude é a fácil programabilidade digital do laço de histerese, laço este que é a principal figura de mérito de um comparador desta natureza. O comparador de corrente é composto por diversas células básicas tais como amplificador operacional, comparador de tensão, redes divisoras de corrente e portas lógicas XOR. Cada uma destas células é apresentada individualmente com a finalidade de destacar influências no comportamento geral do comparador de corrente. Para a comprovação da funcionalidade da estrutura são apresentadas simulações computacionais, bem como testes de bancadas em chips protótipos que foram integrados em tecnologia CMOS de 0.8?m, com alimentação de $3,3V$. O comparador de corrente implementado é inteiramente compatível com tecnologias VLSI (Very Large Scale Integration). Como exemplo de utilização do comparador de corrente, é apresentado um gerador de sinal digitalmente programável com simulações computacionais que demonstram o funcionamento do gerador.

[pt] Esta Dissertação de Mestrado apresenta uma metodologia para analisar transformadores para instrumentos (TI) em geral, e vários tipos de transformadores de corrente (TC-s) para medição. O funcionamento e as características dos transformadores de potencial (TP-s) e dos TC-s estão sendo analisados, usando-se as ferramentas tradicionais (circuito equivalente e representação fasorial). O tratamento generalizado facilita a comparação entre TP-s e TC-s e a análise qualitativa dos parâmetros que influenciam os erros de relação e de ângulo de fase.Após verificação geral, quatro tipos de TC-s estão sendo estudados detalhadamente. Para analisar construções eletromagnéticas mais complexas, um método não tradicional está sendo aplicado. Usando-se as representações fasoriais,realiza-se o cálculo baseando-se nas equações elétricas e nas equações magnéticas. O erro complexo do TC é o resultado das soluções destas equações, e vem expresso em função dos parâmetros de construção. Os resultados facilitam comparar o desempenho de vários tipos de TC-s existentes e/ou a serem projetados. Um programa de simulação, utilizando a linguagem C no ambiente LabWindows/CVI - C for Virtual Instrumentation (National Instruments), foi desenvolvido com base nas equações para o cálculo do erro. O programa analisa o comportamento de 4 tipos de TC-s, existentes e/ou a serem projetados, quanto ao erro de relação e ao ângulo de fase. A partir do tipo de material, da dimensão do núcleo e do tipo de enrolamentos, em modo interativo, pode-se escolher várias combinações dos parâmetros em etapas repetidas. A eficiência do método aplicado foi verificada e comprovada. Os resultados são coerentes e quando usados no programa de simulação, resultam em um novo método para analisar, projetar ou escolher um TC para uma finalidade específica. / [en] This dissertation for a master degree presents a methodology to analyse Instrument Transformers in general terms and several types of Current Transformers (CT`s) for measurements, in details.At first, operation and characteristics of Potential Transformers (PT` s) and that of CT` s are analysed, using traditional tools (as equivalent circuits and fasorial representation). The generalised treatment facilitates the comparison between PT` s and CT` s as well as a qualitative analysis of the parameters influencing the ratio and phase errors. After giving a general view, four types of CT` s are studied in details. To analyse complex electromagnetic constructions, a non-traditional method is applied. By using fasorial representations, calculus is based on defining separate groups of electrical and magnetic equations to describe a device. The result of the solution of this set of equations is the complex error of the CT, which is being expressed exclusively in terms of parameters of the construction. The results facilitate the comparison of the performance of various types of CT` s, that exist or are to be designed. A simulation program, using language C, in the ambient of LabWindows/CVI - C for Virtual Instrumentation (National Instruments), was developed, in order to calculate the errors, based upon the equations obtained. The program is capable of specifying the parameters and analysing the characteristics of four types of CT` s, representing finally the ratio and phase errors, in terms of the variation of the current or that of the load. Characteristics of various magnet ic materials, dimensions ofstandardized toroidal cores and that of wires can be specified, stored and selected thereafter. The program facilitates experimenting with various combinations of parameters in an interactive mode and to approximate optimised constructions in iterative steps. Efficiency of the method was verified and proved. The results are coherent and when are used in the simulation program, represent a new method to analyse an existing CT or to design a new one, or to select the most adequate model for a specific purpose.