Fully-Integrated Low-Noise CMOS Chopper Amplifiers for Portable Sensor Systems
Los preamplificadores son bloques fundamentales en los sistemas de acondicionamiento de señal. En el caso particular del acondicionamiento de señales provenientes de sensores, la amplitud de las señales es usualmente del orden de mV o incluso µV, de modo que el ruido del preamplificador es un factor...
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión aceptada para publicación |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | México |
| Institución: | Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica |
| Repositorio: | Repositorio Institucional del INAOE |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:inaoe.repositorioinstitucional.mx:1009/2433 |
| Acceso en línea: | http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/2433 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | info:eu-repo/classification/Analog Design Integrated Circuits/Analog Design Integrated Circuits info:eu-repo/classification/Bootstrapping Technique/Bootstrapping Technique info:eu-repo/classification/Low-Noise Preamplifiers/Low-Noise Preamplifiers info:eu-repo/classification/Low-Pass Filter/Low-Pass Filter info:eu-repo/classification/Chopping Amplifiers/Chopping Amplifiers info:eu-repo/classification/cti/1 info:eu-repo/classification/cti/22 info:eu-repo/classification/cti/2203 |
| Sumario: | Los preamplificadores son bloques fundamentales en los sistemas de acondicionamiento de señal. En el caso particular del acondicionamiento de señales provenientes de sensores, la amplitud de las señales es usualmente del orden de mV o incluso µV, de modo que el ruido del preamplificador es un factor crítico que puede limitar la resolución del sistema del sensor. Muchos sensores llevan información a baja frecuencias, incluso cerca del DC, por lo cual, el offset y el ruido de baja frecuencia (ruido flicker) de los preamplificadores limitan la precisión del sistema de acondicionamiento de la señal. En esta Tesis se propusieron, fabricaron y caracterizaron sistemas de acondicionamiento de señal de bajo ruido flicker, basados en la técnica dinámica de cancelación chopping. Para ello, se propusieron amplificadores de voltaje de ganancia variable con baja contribución de ruido flicker y bajo consumo de potencia. Se propuso además un escalador de impedancia basado en la técnica de bootstrapping, el cual permite generar impedancias flotantes sin degradar la linealidad del circuito y con una contribución de ruido despreciable frente a la del resto del circuito. Adicionalmente, se propuso un circuito de reducción de transconductancia basado en la técnica de bootstrapping para la implementación de transconductores para filtros de tiempo-continuo con baja frecuencia de corte mediante la técnica Gm-C. Finalmente se implementaron amplificadores chopper para el acondicionamiento de señales empleando los preamplificadores propuestos como bloque central, modulación en la entrada y la salida, y filtrado mediante los filtros Gm-C de baja frecuencia. Todas las topologías fueron diseñadas y fabricadas en una tecnología CMOS de 0.18µm, y los resultados experimentales muestran un ruido referido a la entrada integrado por debajo de 1.5µVᵣₘₛ con un ancho de banda de 1kHz y consumo de potencia en el orden de decenas de µW, alcanzando figuras de eficiencia de ruido y de potencia (NEF y PEF) por debajo de 5 y 45 V, respectivamente. |
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