Projecto e realização de sensores de temperatura analógicos e digitais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e Computadores

Neste documento, são apresentadas diversas topologias de sensores de temperatura de baixo consumo e custo reduzido realizáveis em tecnologia CMOS. Estes sensores podem ter inúmeras aplicações. A principal é monitorizar a temperatura do sistema em que o próprio sensor se encontra inserido, de forma a evitar que o mesmo funcione a temperaturas que podem danificar o referido sistema. Entre os tipos de sensores apresentados, foram escolhidos dois para se fazer um estudo mais pormenorizado do seu funcionamento, que foi demonstrado através da simulação eléctrica, e que por sua vez permitiu determinar as suas características. Os dois sensores escolhidos para o estudo mais intensivo foram o sensor de temperatura, baseado em osciladores de anel, e o sensor por linha de atraso constituída por uma cadeia de inversores CMOS. Os dois sensores foram ambos implementados numa tecnologia 130 nm CMOS (UMC IP-8M MM/RF) e simulados electricamente. Em resultado das implementações efectuadas, verificou-se que o sensor baseado em osciladores de anel apresentou um erro máximo de ±0,53ºC, um consumo de 181,9μW e uma área (activa) estimada de 1×10-4 mm2. O sensor baseado em linha de atraso, por seu turno, apresentou um erro máximo de ±1,53ºC, um consumo de 117,2μW e uma área (activa) estimada de 5×10-4 mm2. O sensor de temperatura baseado em linha de atraso tem como característica a possibilidade de poder ser implementado a 100% com portas lógicas CMOS. Tirando proveito disso, este sensor, também foi implementado num dispositivo lógico programável (FPGA), para que se tivesse um modelo implementado em forma física e, de alguma forma, resultados experimentais (embora muito limitados).