Mems and cmos integrationpassive rfid sensing systems

Resumen

La integración de tecnologías MEMS y CMOS en el mismo chip presenta aspectos muy ventajosos, pero hoy en día es una opción casi exclusiva para dispositivos con alto volumen de producción debido a la larga duración y el alto coste derivado de la definición del proceso de fabricación. Esta tesis propone maneras de reducir el precio de la tecnología, y mejorar la integración disminuyendo el área de los chips y mejorando las características de los dispositivos diseñados. Ésta integración es especialmente interesante en el ámbito de los sistemas sensores RFID pasivos y de largo alcance, ya que podría beneficiarse de reducción del consumo y las mejores características de un diseño monolítico para implementar sensores MEMS. Por ello, se ha elegido el campo de los sistemas pasiva RFID sensores para implementar soluciones donde se integren las tecnologías MEMS y CMOS. Todas las mejoras presentadas se fundamentan en una idea básica: el correcto aprovechamiento de zonas en las estructuras MEMS hasta ahora sin uso, específicamente para el caso de sensores MEMS mecánicos. A partir de esta idea, se proponen algunas directrices que ayudan a reducir el área del chip en la fabricación de convertidores analógico-digitales monolíticos, otras que permiten caracterizar dispersiones y desajustes producidos durante el proceso de fabricación o debido al empaquetado; y también, para mejorar las características de algunos diseños de sensores. Para la aplicación de sistemas RFID de largo alcance pasivos que integran MEMS, es necesario que los sensores tengan un consumo muy bajo. Se han realizado tres soluciones distintas para aplicaciones concretas. En algunos casos, se pueden integrar en el sistema sensores comerciales de bajo consumo. Esto se ha probado implementando un acelerómetro tri-axial en el sistema RFID y alimentándolo únicamente con energía proveniente del lector. Se ha obtenido distancias de comunicación superiores a 1 metro. También se ha propuesto una aplicación para medir la presión de neumáticos en los vehículos. Para ello se ha encontrado un sensor capacitivo que cumple el rango de presiones necesario y se ha diseñado un digitalizador de bajo consumo que transforma la salida capacitiva en una frecuencia. El principio de funcionamiento del convertidor ha quedado demostrado con buenos resultados en sensibilidad y un consumo medio inferior a 10 µA durante su funcionamiento. Por último, se propone una novedosa solución inalámbrica y pasiva para medir la presión arterial con un sensor no invasivo. Para ello, se ha diseñado un sensor piezoresistivo para el sistema RFID. Con el fin de reducir el consumo, se integran piezoresistencias anormalmente grandes en la membrana y los resultados demuestran que esta mejora permite un diseño sensible y con un ruido que no limita la precisión hasta aplicaciones de 8 bits. Con el consumo previsto, se estima que el sistema RFID pasivo puede alcanzar una distancia de comunicación de hasta 0,5 metros.