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Circuito de interfaz capacitivo basado en descarga periódica con oscilador en anillo

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2017-09-26
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2017-10-03
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En este trabajo fin de grado se ha abordado el diseño, construcción y pruebas de un circuito que sirve como medidor de capacidad. El principio de funcionamiento se basa en medir la variación de frecuencia de un oscilador alimentado por el condensador a medir. El condensador se precarga a una tensión de referencia. El número de pulsos generados por el oscilador refleja la carga en el condensador y por tanto permite estimar su capacidad . El diseño del TFG se ha realizado y validado con la ayuda de un programa de CAD con captura esquemática y simulación de circuitos. Posteriormente, se ha construido un prototipo del circuito, y se ha validado su funcionamiento experimental en el laboratorio. Para las pruebas del circuito, se ha diseñado y construido una placa PCB empleando otra herramienta CAD. Los circuitos de conversión de capacidad a digital tiene especial relevancia en el entorno socioeconómico actual puesto que son la base de prácticamente la totalidad de los sensores físicos integrados en los dispositivos móviles. Los acelerómetros, giróscopos, micrófonos y medidores de presión se implementan empleando sensores capacitivos tipo MEMS. Por tanto los circuitos de interfaz con estos sensores son una parte importante de la economía digital. En este trabajo fin de grado se aborda la digitalización del valor de un condensador mediante un método alternativo a los circuitos del arte previo, basados en su mayoría en la integración de una corriente o tensión. Esto permite que el circuito se realice solo con componentes digitales. Si bien, el trabajo fin de grado es un demostrador empleando componentes discretos, sirve para comprobar la factibilidad de un futuro circuito integrado basado en este principio. Dada la naturaleza experimental y de prueba de nuevas aproximaciones al problema no sea encontrado normativa que aplique al desarrollo realizado. No obstante, en la documentación previa para la realización de este trabajo se ha recopilado y estudiado la información de todos los fabricantes de sensores MEMS que pudieran beneficiarse de este nuevo método de conversión.
This end-of-degree work has addressed the design, construction and testing of a circuit that serves as a capacity meter. The operating principle is based on measuring the frequency variation of a oscillator fed by the capacitor to be measured. The capacitor is precharged to a reference voltage. The number of pulses generated by the oscillator reflects the load on the capacitor and therefore allows estimating its capacity. The design of the GFR has been carried out and validated with the help of a CAD program with schematic capture and simulation of circuits. Subsequently, a prototype of the circuit has been built, and its experimental performance in the laboratory has been validated. For the circuit tests, a PCB board has been designed and built using another CAD tool. The capacity-to-digital conversion circuits are particularly relevant in the current socioeconomic environment since they are the basis of virtually all of the physical sensors integrated into the mobile devices. Accelerometers, gyroscopes, microphones and pressure gauges are implemented using MEMS-type capacitive sensors. So the interface circuits with these sensors are an important part of the digital economy. In this end-of-degree work, the digitization of the value of a capacitor is addressed by an alternative method to the previous art circuits, mostly based on the integration of a current or voltage. This allows the circuit to be performed only with digital components. Although the end-of-degree work is a demonstrator using discrete components, it serves to verify the feasibility of a future integrated circuit based on this principle. Given the experimental and test nature of new approaches to the problem is not found legislation that applies to the development carried out. However, in the previous documentation for the accomplishment of this work has been compiled and studied the information of all the manufacturers of MEMS sensors that could benefit from this new method of conversion.
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Keywords
Circuitos electrónicos, Condensadores, MEMS
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