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Diseño de circuitos analógicos y de señal mixta robustecidos para aplicaciones aeroespaciales

Contacto:

Servando Espejo Meana

espejoimse-cnmcsices

Joaquín Ceballos Cáceres

joaquinimse-cnmcsices

Palabras clave: auto-calibración; endurecimiento frente a radiación ('Rad-Hard'); aplicaciones críticas embarcadas (satélites); sensores; sensores de temperatura; sensores de irradiancia solar; ASICs-CMOS de señal mixta para el espacio

Descripción
Fotografía de ASIC CMOS 0.35µm Front-End para sensores de irradiación solar en la superficie de Marte. El circuito ha sido diseñado con la librería rad-hard (endurecida frente a radiaciones) desarrollada en el Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE-CSIC-US).
Esta línea de investigación aborda el diseño de circuitos y sistemas analógicos y de señal mixta para aplicaciones críticas aeroespaciales, con énfasis en aplicaciones aeroespaciales embarcadas (satélites, rovers) en tecnología CMOS ('Complementary Metal-Oxide Semiconductor'). Estos circuitos se caracterizan por estar en un entorno con altas dosis de radiación (TID, SE) y necesidad de una operación autónoma sin mantenimiento.
Para aumentar las prestaciones e incrementar la vida útil de los sistemas embarcados, se hace necesario el desarrollo e implementación de técnicas de endurecimiento frente a radiación ('Rad-Hard'). Adicionalmente, estos sistemas, especialmente en un contexto de aplicación con baja o nula posibilidad de intervención humana, deben incluir circuitería adicional que sea capaz por si misma de medir y corregir de forma automática (auto-calibración) los errores durante toda la vida útil del instrumento (debido al efecto acumulativo de la radiación y envejecimiento, así como, cambio de las condiciones de operación PVT: proceso, voltaje y temperatura).
Las ventajas que puede aportar la investigación y desarrollos de técnicas de auto-calibración son de gran importancia en aplicaciones críticas que operen en condiciones extremas, ya que las prestaciones de los circuitos sometidos a estrés suelen degradarse con el tiempo, requiriendo re-calibraciones periódicas para seguir manteniendo el nivel de funcionamiento especificado.
Otro aspecto a destacar es la fiabilidad y re-uso de este tipo de circuitos, una vez desarrollados y cualificados, para misiones futuras, lo que conlleva un gran ahorro en términos de esfuerzo y costes asociados.
Montaje de test para evaluación del comportamiento eléctrico a temperaturas extremas. Microfotografía frontal del prototipo CMOS del convertidor 16bitADC.
Resultados destacados
A.J. Ginés, E.J. Peralías and A. Rueda, "Black-Box Calibration for ADCs With Hard Nonlinear Errors Using a Novel INL-Based Additive Code: A Pipeline ADC Case Study", IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 64, no. 7, pp. 1718-1729, 2017 » doi
J. Núñez, A.J. Ginés, E.J. Peralías and A. Rueda, "Design methodology for low-jitter differential clock recovery circuits in high performance ADCs", Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 89, no. 33, pp. 593-609, 2016 » doi
D. Malagon-Perianez, J.M. de la Rosa, R. del Rıo and G. Leger, "Single Event Transients trigger instability in Sigma-Delta Modulators", Conference on Design of Circuits and Integrated Systems (DCIS), Madrid, 2014
A.J. Ginés, E. Peralías and A. Rueda, "Background Digital Calibration of Comparator Offsets in Pipeline ADCs" IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol. 23, no. 7, pp. 1345-1349, 2015 » doi
J. Ramos-Martos, A. Arias-Drake, A. Ragel-Morales, J. Ceballos-Cáceres, J.M. Mora-Gutiérrez, B. Piñero-García, M. Muñoz-Díaz, M.A. Lagos-Florido, S. Espejo-Meana, I. Arruego-Rodríguez, J. Martínez‐Oter and M.T. Álvarez, "OWLs: A Mixed‐Signal ASIC for Optical Wire‐Less Links in Space Instruments", Fourth International Workshop on Analog and Mixed-Signal Integrated Circuits for Space Applications, AMICSA, ESA/ESTEC, Noordwijk, The Netherlands, 2012
Proyectos y contratos de investigación relacionados con la línea
ASIC-SIS: ASIC para sensores de irradiancia solar compactos (ESP2016-80320-C2-2-R)
IP: Diego Vázquez García de la Vega
Financia: Min. de Economía, Industria y Competitividad
Dic 2016 - Dic 2018
16BitADC (ESA ITT AO/1-7154 /12/NL/RA)
IP: Juan Ramos (hasta 08/2015) / Joaquín Ceballos / Antonio Ginés (desde 09/2015)
Financia: ESA (European Space Agency)
Sep 2013 - Dic 2015
Radiation Tolerant Analogue/Mixed-Signal Technology Survey and Test Vehicle Design (ESTEC Contract No. 400010162110/NL/AF)
IP: José Luis Huertas / Gildas Leger
Financia: ESA (European Space Agency) - Through subcontract with ARQUIMEA
Sep 2010 - Sep 2012
DANTE: Adaptando el diseño y test de circuitos integrados de señal mixta y de RF a las variaciones del proceso y del entorno (TEC2011-28302)
IP: Adoración Rueda Rueda
Financia: Min. de Ciencia e Innovación
Ene 2012 - Dic 2015