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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/2473| Diseño de Amplificadores de Instrumentación CMOS en Modo Corriente | |
| Juan David Salazar Cardona | |
| Maria Teresa Sanz-Pascual | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Instrumentation amplifier current mode weak inversion class AB gain control | |
| En la actualidad se tiene vasto interés en el procesamiento preciso de señales eléctricas en diversos campos, encontrando aplicaciones industriales, como control de potencia, o biomédicas, como monitoreo de bio-potencial. A menudo, estás cantidades eléctricas provienen de transductores, las cuales tienen niveles relativamente débiles y están sumergidas en componentes indeseadas, como ruido e interferencia. De modo que se requieren dispositivos con la capacidad de procesar este tipo de señales, como lo pueden realizar los amplificadores de instrumentación (IAs).
En esta Tesis se aborda el diseño de diversas topologías de amplificadores de instrumentación en modo corriente en la tecnología CMOS 0.18 μm. En particular, se
diseñaron dos IAs compactos, basados en transconductores, que realizan la conversión
a voltaje mediante resistencias de carga conectadas sin el uso de ramas adicionales de salida. Estos IAs presentan ganancias de 20 dB, un ancho de banda en el orden de MHz y un slew rate simétrico alrededor de 21 V/μs, como principales características. Aunado a esto, una de las estructuras de IA alcanza un elevado factor de rechazo al modo común (CMRR), de 90 dB a 10 kHz, así como un factor de eficiencia de ruido (NEF) de 4.6 y un rango dinámico (DR) de 42 dB, con un consumo de potencia de 45 μW.
Se diseñó además un IA basado en una etapa transconductora y una etapa de transimpedancia, tanto en inversión fuerte como en inversión débil para su comparación. A partir de esta topología, se propuso una configuración de IA en inversión débil con salida en clase AB, de ganancia programable de 25 a 46 dB, cuya ganancia nominal es de 40 dB, un ancho de banda de 560 kHz, un CMRR de 67 dB en DC, un NEF de 7 y un DR de 44 dB, con un consumo de 11.5 μW. Por último, se diseñó un circuito de control de la ganancia del IA, que permite un ajuste de la misma de 27 a 43 dB. Currently, there is significant interest in the precise processing of electrical signals in various fields, including industrial applications such as power control and biomedical applications like bio-potential monitoring. Often, these electrical quantities come from transducers, which have relatively weak levels and are immersed in unwanted components such as noise and interference. Therefore, devices with the capability to process such signals are required, as can be achieved by instrumentation amplifiers (IAs). This thesis addresses the design of various current-mode instrumentation amplifier topologies in 0.18 μm CMOS technology. In particular, two compact IAs based on transconductors were designed to perform voltage conversion using load resistors connected without the use of additional output branches. These IAs feature gains of 20 dB, a bandwidth in the MHz range, and a symmetrical slew rate of around 21 V/μs as main characteristics. Additionally, one of the IA structures achieves a high Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) of 90 dB at 10 kHz, as well as a Noise Efficiency Factor (NEF) of 4.6 and a Dynamic Range (DR) of 42 dB, with a power consumption of 45 μW. Additionally, an IA was designed based on a transconductor stage and a transimpedance stage, both in strong inversion and weak inversion for comparison. From this topology, an IA configuration in weak inversion with a class AB output was proposed, with a programmable gain ranging from 25 to 46 dB. The nominal gain is 40 dB, with a bandwidth of 560 kHz, a DC CMRR of 67 dB, an NEF of 7, and a DR of 44 dB, consuming 11.5 μW. Finally, a gain control circuit for the IA was designed, allowing for gain adjustment from 27 to 43 dB. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2023-11 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Salazar Cardona J. D., (2023), Diseño de Amplificadores de Instrumentación CMOS en Modo Corriente, Tesis de Maestría, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Electrónica |
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