Medición de temperatura usando un VCO integrado en silicio

E. Montoya–Suárez^a, F. Sandoval–Ibarra^b y S. Ortega–Cisneros^b

^a Área de Ciencias Básicas e Ingenierías, Universidad Autónoma de Nayarit, Cd. de la cultura Amado Nervo, e–mail: emontoya@nayar.uan.mx

^b Cinvestav–Unidad Guadalajara, Av. Del Bosque 1145, Col. El Bajío, 45015 Zapopan, Jal. e–mail: Sandoval@gdl.cinvestav.mx; sortega@gdl.cinvestav.mx

Recibido el 2 de marzo de 2011 ]]> Aceptado el 4 de noviembre de 2011

Resumen

La frecuencia de oscilación f₀ de un VCO current–starved es usada para sensar temperatura en el rango de 20 a 99°C. Debido a que la frecuencia f₀ es directamente proporcional a la corriente de cortocircuito de la celda básica de construcción (compuerta NOT), y considerando que esta corriente, I_SHORT, es directamente proporcional a la movilidad de portadores, es posible explicar como es que f₀ varía con cambios en la temperatura, T. El diseño del oscilador, manufacturado en una tecnología CMOS, pozo N, 0.5 μm, 5V, permite su integración con circuitos digitales de acondicionamiento cuyo principio básico de operación es la medición de la frecuencia en intervalos de 53 ms; esta ventana de tiempo es resultado del ajuste lineal (con un coeficiente de correlación r=0.996) aplicado a la característica f₀ vs. T.

Descriptores: Osciladores; teoría de circuitos; mediciones eléctricas; dispositivos de efecto de campo.

Abstract

The oscillation frequency f₀ of a VCO current–starved has been used for sensing temperature ranging from 20 to 99°C. Since f₀ is directly proportional to the short–circuit current of the basic cell delay (NOT gate), and taking into account that this current, I_SHORT, is directly proportional to the carrier mobility, it is possible to explain how f₀ changes as temperature, T, changes too. This oscillator that was manufactured in a CMOS standard process, N–well, 0.5 μm, 5 V, facilitates the integration of circuitry conditioning, which means the feasibility of integrating the whole sensor system in a chip. Digital circuit measures the frequency f₀ each 53 ms because the measure step is deduced from the linear fitting applied to the f₀ vs. T characteristic.

Keywords: Oscillators; circuits theory; electrical measurements; field effect devices.

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Referencias

1. F. Sandoval–Ibarra, Rev. Mex. Fis. 47 (2001) 107.         [ Links ]

2. R. Muller, Microsensors (IEEE Press, New York, 1998).         [ Links ]

3. M. Sasaki, M. Ikeda y K. Asada, IEEE Trans. on Semiconductor Manufacturing 21 (2008) 201.         [ Links ]

4. D. Ghai, S.P. Mohanty y E. Kougianos, IEEE Transactions on Very Large Scale Integration 17 (2009) 1339        [ Links ]

5. E. Montoya–Suarez, Diseño y fabricación de bloques básicos para la construcción de un DELL, (Tesis Maestría, Cinvestav–Guadalajara, Septiembre, 2002).         [ Links ]

6. M.P. Timko, IEEEJ. Solid–State Circuits SC–11 (1975) 784.         [ Links ]

7. F. Sandoval–Ibarra y E. Hernandez–Bernal, J. of Applied Research and Technology 6 (2008) 54.         [ Links ]

8. Yidong Liu, Microelectronics Journal 42 (2011) 330.         [ Links ]

9. E. Montoya–Suarez y F. Sandoval–Ibarra, Eroc. of XIII Workshop Iberchip, (March 14–16,2007, Lima, Perú         [ Links ]).

10. K. Lasanen y J. Kostamovaara, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 57 (2008) 2792.         [ Links ]

11. B. Datta y W.P. Burleson, Eroc. of the IEEE International SOC Conference (September 17–20, 2008, Newport Beach, CA)        [ Links ]

12. D. Foty, Mosfet modeling with spice (Prentice–Hall, New Jersey, 1997).         [ Links ]

13. S.M. Sze, Physics of semiconductor devices (John Wiley & Sons, Canada, 1981).         [ Links ]

14. R.J. Tocci,N.S. Widmery G.L. Moss, Sistemas Digitales (Prentice Hall, 10^a Edición, 2007).         [ Links ]

15. T.R. McCalla, Logica Digital y Diseño de Computadoras (Noriega Editores, 1994.         [ Links ])

16. Intel, Mobile Intel Atom Processor N270 Single Core Datasheet www.intel.com, (may 2008).         [ Links ]