Introduzione 1
Introduzione
Grazie alle nuove tecniche di miniaturizzazione oggi si è riusciti ad integrare su silicio strutture elettro-meccaniche, come i MEMS (Micro Electrical Mechanical Systems), i quali hanno portato allo sviluppo e al successo dei sensori integrati.
La compatibilità di questi oggetti con i processi standard di fabbricazione dei dispositivi costituisce un ulteriore e importante vantaggio in quanto permette di realizzare su un unico chip il sensore e l’ elettronica necessaria alla lettura e il condizionamento del segnale proveniente dal sensore stesso.
Queste strutture possono essere sfruttate per produrre dispositivi piccoli, portatili e autonomi per i quali, perciò, il ridotto consumo di potenza diventa un requisito fondamentale.
Tra i sensori integrati trovano largo consumo i sensori di pressione, i quali vengono ampiamente impiegati in campo domestico, biomedico e “automotive”. I primi sensori di pressione ad essere integrati sono stati quelli piezoresistivi grazie principalmente alla semplicità del processo di fabbricazione e alla linearità del segnale di risposta; successivamente, in alcune applicazioni, i sensori piezoresistivi sono stati soppiantati da quelli capacitivi, dotati di una sensibilità maggiore e, soprattutto, di un consumo di potenza ridottissimo. In quest’ultima
Introduzione 2
tipologia di sensori la pressione esercitata su una membrana induce una variazione di capacità che purtroppo risulta molto piccola e poco distinguibile dalle capacità parassite; inoltre la risposta del sensore è non lineare con la pressione per cui i sensori capacitivi necessitano sempre di un’interfaccia di lettura e linearizzazione del segnale.
Il lavoro di tesi qui proposto riprende il progetto di un sistema di linearizzazione a condensatori commutati per un sensore di pressione capacitivo, ideato in una tesi precedente.
Nel primo capitolo verranno descritte alcune tipologie di sensori integrati di pressione, ne verranno illustrate la struttura, il funzionamento e i circuiti di interfaccia utilizzati.
Nel secondo capitolo verrà presentato il sensore di pressione capacitivo della STMicroelettronics che è stato preso sotto esame e l’interfaccia di conversione capacità tensione precedentemente ideata; verrà inoltre descritto il funzionamento del sistema di linearizzazione della risposta del sensore che sfrutta la tecnica del PWL ( Piece Wise Linear), implementando un algoritmo in modalità sequenziale, il cui progetto elettrico è stato portato avanti in questo lavoro di tesi.
Nel terzo capitolo verranno illustrati i blocchi funzionali che sono stati aggiunti al progetto originale. Tra questi saranno proposte anche due reti per la taratura dei singoli blocchi del circuito, valutandone il funzionamento una volta inserite nella rete globale.
Nel quarto capitolo saranno riportati i risultati delle simulazioni effettuate sul circuito completo costituito dal blocco di linearizzazione, equipaggiato di reti di calibrazione, posto in cascata allo stadio di conversione capacità tensione e preamplificazione in ingresso. Buona parte del capitolo sarà dedicato alla descrizione dei layout realizzati, soffermandosi sugli accorgimenti adottati nel disegnarli.
