Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:10:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329572.pdf: 7892412 bytes, checksum: 1f2ea9bd448724ae34131b5e5f800e47 (MD5) Previous issue date: 2014 / O foco deste trabalho é a análise e o projeto de um receptor super-regenerativo voltado para aplicações biomédicas. Primeiramente, apresenta-se a fundamentação teórica da recepção super-regenerativa e, em seguida, mostra-se um circuito projetado segundo essa arquitetura, a qual incorpora um amplificador de baixo ruído, um oscilador e um detector de envoltória, além de um conversor balanceado-desbalanceado entre estes dois últimos. O projeto demonstra a vantagem dessa técnica para projetar receptores de baixa potência e elevada sensibilidade. Como o oscilador tende a ser o circuito com maior consumo elétrico em um receptor super-regenerativo, esta dissertação também apresenta uma técnica de projeto de osciladores para aplicações de baixa potência. O circuito é baseado no clássico oscilador Colpitts de porta comum com uma segunda fonte de realimentação positiva, a qual é fornecida por uma degeneração indutiva de porta. Esta técnica diminui a transcondutância requerida para originar as oscilações, o que faz com que seja possível reduzir a corrente de polarização e, consequentemente, o consumo de potência. Um protótipo foi produzido em uma tecnologia CMOS padrão de 0,18 µm para servir de prova de conceito. Simulações pós-leiaute demonstraram uma frequência de oscilação de 2,5 GHz com um ruído de fase de -112.9 dBc/Hz a uma frequência deslocada de 1 MHz da portadora, consumindo 124 µW a partir de uma tensão de alimentação de 0,575 V.<br> / Abstract : The goal of this work is the analysis and the design of a super-regenerative receiver aimed for biomedical applications. Firstly the theoretical foundation of the super-regenerative reception is presented and afterwards it is shown a circuit designed according such an architecture, which incorporates a lownoise amplifier, an oscillator, and an envelope detector, besides a balancedto- unbalanced converter between the last two. This project demonstrates the advantage of that technique to design low-power and high-sensitivity receivers. Since the oscillator tends to be the circuit with the highest power consumption in a super-regenerative receiver, this dissertation also presents an oscillator design technique for low-power applications. The circuit is based on the common-gate Colpitts oscillator with additional positive feedback provided by an inductive gate degeneration. This technique decreases the required transconductance to start-up oscillations, which makes possible to reduce the bias current and hence the power consumption. A prototype was designed in a standard 0.18 mm CMOS technology as a proof of concept. Post-layout simulations present an oscillating frequency of 2.5 GHz with a phase noise of -112.9 dBc/Hz at a 1 MHz offset frequency and consuming 124 mW from a 0.575-V supply voltage.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:21:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329913.pdf: 22484058 bytes, checksum: f7331ac6b417ae4debd42b072651c5c1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Abstract: This thesis describes the analysis and design of oscillators and charge pumps that can operate with very low supply voltages. The focus is on operation of the MOS transistor in the triode region owing to the limited voltage options available. Special attention has been given to the properties of the zero-VT transistor due to its high drive capability at low voltage. In order to investigate the minimum supply voltage for MOSFET oscillators, three topologies were studied. Two of them, namely the enhanced swing ring and the enhanced swing Colpitts oscillators, can operate with supply voltages below the thermal voltage, kT =q. Simplified theoretical expressions for the minimum supply voltage, oscillation frequency and minimum transistor gain of the oscillators were derived. Measurement results obtained using prototypes built with zero-VT transistors verified the operation of the oscillators for a supply voltage as low as 30 mV and 3.5 mV with high swing amplitude for arrangements built with integrated and off-theshelfinductors, respectively. The application of the ultra-low-voltage oscillators to energy harvesting circuits was addressed in this work. In order to convert the ac signal of the oscillator into a dc signal, the popular Dickson charge pump converter was employed. Expressions for the output voltage, input resistance and power converter efficiency of the Dickson charge pump operating at ultra-low voltages were derived. Experimental results obtained with prototypes built with the enhanced swing ring oscillator and the Dickson charge pump confirmed the feasibility of obtaining a dc output equal to 1 V at current consumptions of 100 nA and 1 µA from input voltages of 10 mV and 23 mV, respectively.<br> / O presente trabalho apresenta a análise, projeto e experimentação de osciladores e conversores dc-dc elevadores operando a muito baixas tensões de alimentação. Devido aos baixos valores de tensão de alimentação de interesse deste trabalho, especial atenção foi dada à operação do transistor MOS na região triodo e às propriedades do transistor zero-VT, graças a sua alta capacidade de corrente para baixas tensões. Com o objetivo de investigar a mínima tensão de alimentação de osciladores a MOSFET, três topologias foram estudadas. Duas delas, chamadas de oscilador em anel com elevada excursão desinal e oscilador Colpitts com elevada excursão de sinal, podem trabalhar com tensões de alimentação inferiores à tensão térmica, kT /q. Expressões simplificadas para a mínima tensão de alimentação, frequência de oscilação e mínimo ganho do transistor foram derivadas para cada topologia. Resultados experimentais obtidos com protótipos implementados com transistores zero-VT comprovam a operação dos osciladores com tensões tão baixas quanto 30 mV e 3,5 mV em circuitos construídos com indutores integrados e discretos, respectivamente. A aplicação dos osciladores a circuitos de captação de energia (energy harvesting circuits) a partir de fontes de alimentação de ultra-baixa-tensão foi estudada neste trabalho. Com o propósito de converter tensões ac geradas pelos osciladores em sinais dc, o clássico conversor Dickson foi utilizado. Expressões para a tensão de saída, resistência de entrada e eficiência de conversão de potência do conversor Dickson operando a ultra-baixas-tensões foram derivadas. Resultados experimentais obtidos com protótipos construídos com o oscilador em anel com elevada excursão de sinal e com o conversor Dickson, provaram a possibilidade de se obter uma tensão dc na saída de 1 V para correntes de carga de 100 nA e 1 µA a partir de tensões de entrada de 10 mV e 23 mV, respectivamente.

Orientador : Prof. Dr. Oscar da Costa Gouveia Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 24/08/2016 / Inclui referências : f. 59-61 / Resumo: Neste trabalho, foi desenvolvido um metodo de analise de ruido de fase de osciladores MOS baseado no grau de inversao dos transistores, com o objetivo de demonstrar como o nivel de inversao do transistor influencia o resultado do ruido de fase em um oscilador. Foi apresentado o modelo do transistor MOS baseado no conceito do nivel de inversao de operacao do transistor e o uso deste conceito para definir o ruido termico e o ruido 1/.. do dispositivo. Em relacao ao modelo de ruido de fase utilizado, a teoria esta fundamentada na identificacao da funcao de sensibilidade ao impulso . ISF do oscilador a ser analisado e do ruido estacionario ou ciclo-estacionario gerado pela fonte de ruido do circuito. Neste caso, para ser evidenciada a contribuicao do ruido do transistor MOS no ruido de fase do circuito, foram analisados transistores operando em niveis de inversao moderada e forte. Foi utilizada a topologia de oscilador Colpitts de Sinal de Excursao Melhorada (ESCO), como circuito base para o desenvolvimento de um metodo de analise do ruido de fase. O projeto dos ESCOs foi desde a etapa de calculo e simulacao ate fabricacao e medicao. O desempenho referente ao ruido de fase foi comparado com os resultados calculados pelo modelo proposto, os resultados obtidos por simulacao e os medidos. A partir dos resultados obtidos, foi constatado que osciladores projetados com transistores operando em nivel de inversao maior apresentaram melhor ruido de fase. Palavras chave: Transistor MOS; Ruido 1/..; Oscilador Colpitts; ISF; Ruido de fase. / Abstract: In this study, a method of oscillator phase noise analysis based on transistor MOS inversion level was developed, in order to demonstrate how the transistor inversion level influences the result of phase noise in an oscillator. It was presented MOS transistor model based on the concept of transistor operation inversion level and use of this concept to define thermal and 1/?? noise of the device. In relation to the used phase noise model, the theory is based on the identification of the oscillator impulse sensitivity function - ISF to be analyzed and the stationary noise or cyclo-stationary generated by circuit noise source. In this case, to be evidenced MOS transistor noise contribution to the phase noise of the circuit, transistors operating at moderate and strong inversion levels were analyzed. It was used Enhanced Swing Colpitts Oscillator (ESCO) topology, as a base circuit to develop a method of analysis of the phase noise. The design of ESCO was from the calculation step and simulation to manufacturing and measurement. The performance related to the phase noise was compared with the results calculated by the proposed model, the results obtained by simulation and measurement. From the results, it was verified oscillators designed with transistors operating at higher inversion level showed better phase noise. Keywords: MOS Transistor; 1/?? Noise; Oscillator Colpitts; ISF; Phase noise.

Orientador: Sergio Roberto Lopes / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná / Resumo: Neste trabalho nos analisamos um modelo simplificado da dinâmica cardíaca, apresentado por dois osciladores de van der Pol acoplados assimetricamente. Neste caso, os osciladores e os acoplamentos entre eles, modelam o comportamento dos dois marcapassos cardíacos (os nodos sinoatrial e o atrioventricular) e das fibras nervosas que transmitem os impulsos nervosos. Estudamos as condições necessárias para a ocorrência de sincronização entre os osciladores além de outras dinâmicas do sistema que demonstram como seu comportamento evolui. Para este estudo utilizamos a análise dos expoentes de Lyapunov, expoentes de Lyapunov condicionais, diagramas de parâmetros, diagramas de bifurcações, entre outros. / Abstract: In this work, we analyze a simplified model of cardiac dynamics. The model is composed by two asymmetric coupled van der Pol oscillators. In this case the oscillators and the coupling between them model the behavior of the two cardiac pacemaker (the sinus and atriventricular nodes) and the fibers nervous that transmit the nervous impulse. We study here the necessary conditions to get synchronization between the oscillators as well as the dynamics of system that shows how it evolves. This study is made analyzing the Lyapunov exponent, conditional transverse Lyapunov exponents, parameters diagrams, bifurcations diagrams and others.