Desarrollo de un sistema de medición de ruido de baja frecuencia para caracterización de canales conductivos en dispositivos electrónicos.

Se desarrolló un sistema de medición de ruido electrónico de baja frecuencia para la caracterización de canales conductivos en dispositivos electrónicos. Como parte de la metodología se describen los pasos de diseño del sistema partiendo desde una revisión teórica acerca de las generalidades del ruido electrónico haciendo énfasis en los modelos eléctricos que describen los mecanismos de origen del ruido de baja frecuencia intrínseco en los dispositivos electrónicos, conceptos que son usados para establecer los requerimientos de hardware y software del sistema. El sistema está constituido por cuatro módulos fundamentales: tarjeta analógica, tarjeta digital, interfaz de comunicación y sistema de adquisición de datos, cuya operación y pasos de implementación son descritos de manera detallada. El sistema ha sido evaluado realizando mediciones sobre resistencias y transistores de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor para comprobar que los resultados obtenidos concuerdan con la revisión teórica de los modelos de ruido electrónico y con simulaciones realizadas en Multisim 14.0 y así corroborar su correcto funcionamiento. Los resultados indican que el instrumento presenta un nivel mínimo de densidad espectral de corriente de ruido cercanos 1 pA / sqrt (Hz) y 0.01 pA / sqrt (Hz) a 1mHz y 10mHz, respectivamente, y 1fA / sqrt (Hz) para frecuencias a partir de 100mHz, lo cual está dentro de las consideraciones de diseño. Mediante el uso de este sistema es posible obtener información acerca de defectos en los canales conductivos de dispositivos electrónicos de una manera no invasiva obteniendo información para determinar su fiabilidad a largo plazo.A low frequency electronic noise measurement system was developed for the characterization of conductive channels in electronic devices. As part of the methodology, the design steps of the system are described starting from a theoretical review about the particularities of electronic noise, emphasizing the electric models that describe the origin mechanisms of intrinsic low frequency noise in electronic devices, concepts which are used to establish the system hardware and software requirements. The system consists of four fundamental modules: analog card, digital card, communication interface and data acquisition system, whose operation and implementation steps are described in detail. The system has been evaluated by performing measurements in resistors and metal-oxide-semiconductor field effect transistors to verify that the results obtained are consistent with the theoretical revision of the electronic noise models and with simulations performed in Multisim 14.0 and corroborate their correct operation. The results indicate that the instrument has a minimum level of current spectral density close to 1 pA / sqrt (Hz) and 0.01 pA / sqrt (Hz) at 1mHz and 10mHz, respectively, and 1fA / sqrt (Hz) for frequencies starting from 100mHz, which is within the design considerations. By using this system it is possible to obtain information about defects in the conductive channels of electronic devices in a non-invasive way obtaining information to determine its long-term reliability

Aplicación de mediciones de ruido de baja frecuencia para el análisis de efectos de estrés térmico y eléctrico en dispositivos de potencia.

Este documento presenta el estudio del efecto del estrés térmico y eléctrico en dispositivos semiconductores de potencia a través de mediciones de ruido de baja frecuencia. Se aplico una prueba de Polarización Inversa a Alta Temperatura (HTRB por sus siglas en inglés) a los dispositivos de potencia, determinando sus características eléctricas. Las herramientas utilizadas para este estudio fueron una fuente de tensión variable hasta 1200V diseñada para la aplicación de estrés eléctrico, un módulo de temperatura compuesto por un mini calentador y un módulo de control diseñado para la aplicación de estrés térmico junto con el analizador de parámetros Keithley 4200-SCSn para la caracterización corriente-voltaje y un sistema de medición de ruido de baja frecuencia para caracterización de canales conductivos en dispositivos electrónicos. Los resultados indican un mayor nivel de ruido flicker después de la aplicación del estrés sobre los MOSFETs estudiados, que se relacionan con cambios en el voltaje de umbral producto del estrés aplicado, correlacionando directamente dichos parámetros.This document presents the study of the effect of thermal and electrical stress on power semiconductor devices through low-frequency noise measurements. A High Temperature Reverse Bias test (HTRB) was applied to the power devices, determining their electrical characteristics before and after the HTRB. The tools used for this study were a variable voltage source up to 1200V designed for the application of electrical stress, a temperature module consisting of a miniheater and a control module designed for the application of thermal stress together with the Keithley 4200-SCSn parameter analyzer for current-voltage characterization and a low frequency noise measurement system for characterization of conductive channels in electronic devices. The results indicate a higher level of flicker noise in the considered MOSFETs after stress application that is related to changes in the threshold voltage because of the applied stress, directly correlating these parameters

Aplicación de mediciones de ruido de baja frecuencia para el análisis de efectos de estrés térmico y eléctrico en dispositivos de potencia.

Este documento presenta el estudio del efecto del estrés térmico y eléctrico en dispositivos semiconductores de potencia a través de mediciones de ruido de baja frecuencia. Se aplico una prueba de Polarización Inversa a Alta Temperatura (HTRB por sus siglas en inglés) a los dispositivos de potencia, determinando sus características eléctricas. Las herramientas utilizadas para este estudio fueron una fuente de tensión variable hasta 1200V diseñada para la aplicación de estrés eléctrico, un módulo de temperatura compuesto por un mini calentador y un módulo de control diseñado para la aplicación de estrés térmico junto con el analizador de parámetros Keithley 4200-SCSn para la caracterización corriente-voltaje y un sistema de medición de ruido de baja frecuencia para caracterización de canales conductivos en dispositivos electrónicos. Los resultados indican un mayor nivel de ruido flicker después de la aplicación del estrés sobre los MOSFETs estudiados, que se relacionan con cambios en el voltaje de umbral producto del estrés aplicado, correlacionando directamente dichos parámetros.This document presents the study of the effect of thermal and electrical stress on power semiconductor devices through low-frequency noise measurements. A High Temperature Reverse Bias test (HTRB) was applied to the power devices, determining their electrical characteristics before and after the HTRB. The tools used for this study were a variable voltage source up to 1200V designed for the application of electrical stress, a temperature module consisting of a miniheater and a control module designed for the application of thermal stress together with the Keithley 4200-SCSn parameter analyzer for current-voltage characterization and a low frequency noise measurement system for characterization of conductive channels in electronic devices. The results indicate a higher level of flicker noise in the considered MOSFETs after stress application that is related to changes in the threshold voltage because of the applied stress, directly correlating these parameters

Sintonización de controladores PID para control de velocidad de motores de corriente continua mediante algoritmos genéticos.

Este documento presenta el desarrollo de un algoritmo genético para optimización de ganancias de un controlador PID (proporcional, integral, derivativo) aplicado al control de velocidad de un motor de corriente directa. El algoritmo fue desarrollado en código Python. Produce un buen desempeño con pocas iteraciones debido a la generación de la población inicial a partir de las reglas de sintonización de Ziegler & Nichols. El controlador obtenido mediante la aplicación del algoritmo genético es comparado con los métodos convencionales de sintonización de Ziegler y Nichols, CohenCoon y AMIGO, en términos de tiempo de establecimiento, sobre oscilación máxima y robustez. Los resultados obtenidos permiten concluir que se minimiza la sobre oscilación máxima y el tiempo de establecimiento mediante el uso del controlador obtenido mediante el algoritmo genético, que a su vez presenta una mejor robustez en comparación con los controladores obtenidos con los otros métodos.This document presents the development of a genetic algorithm for optimizing the gains of a PID (proportional, integral, derivative) controller applied to the speed control of a direct current motor. The algorithm was developed in Python code. It produces a good performance with few iterations due to the generation of the initial population based on the tuning rules of Ziegler & Nichols. The controller obtained through the application of the genetic algorithm is compared with the conventional tuning methods of Ziegler and Nichols, CohenCoonand AMIGO, in terms of establishment time, maximum overshoot and robustness. The obtained results allow to conclude that the maximum overshoot and the establishment time are minimized by using the controller obtained through the genetic algorithm, which in turn has a better robustness compared to the controllers obtained with the other methods