A 12-bit SAR ADC for a flexible tactile sensor

Successive Approximation Register (SAR) Analog-to-Digital Converters (ADC) are some of the most efficient ADC topologies available, allowing excellent performance values at low power consumption across a wide range of sampling frequencies. The proposed ADC is aimed at a tactile sensor application, requiring a low-noise and lowpower solution. In addition, it should have high SNDR to detect even the weakest signals with precision. This thesis presents a 12-bit 400 kS/s SAR ADC implemented in a 180 nm CMOS technology for such a task. The designed SAR ADC uses a hybrid R-C DAC topology consisting of a chargescaling MSB DAC and a voltage-scaling LSB DAC, allowing a good trade-off between power consumption, layout area and performance while keeping the total DAC capacitance under reasonable values. Bootstrapped switches have been implemented to preserve high-linearity during the sampling period. A double-tail dynamic comparator has been designed to obtain a low-noise measurement while ensuring suitable delay values. Finally, regarding the logic, an asynchronous implementation and the conventional switching algorithm provide a simple but effective solution to supply the digital signals of the design. Pre-layout noise simulations with input frequencies around 200 kHz show SNDR values of 72.07 dB, corresponding to an ENOB of 11.67 bits. The total power consumption is 365 ?W while the Walden and Schreier figure-of-merit (FoM) correspond to values of 275 fJ/conversion and 160 dB, respectively

Training course in simulation of chemical process control

The course designed in this project allows engineers to find solutions to process control issues through the hybrid simulation approach. The control system design relies on the use of a chemical process simulator (Aspen HYSYS), where the process dynamics is studied, and on the use of another numerical computing software (MATLAB-SIMULINK), where to apply the system identification method obtaining the transfer function of the process and to obtain the performance indexes of the final responses. Different control strategies are tested using the simulator software, which allows implementing the Internal Model Control (IMC) method to tune the controllers. Feedback, cascade and feedforward control schemes are simulated, starting from controlling one variable (tank liquid level, temperature in a heat exchanger), passing through an introductory multivariable process as the heated tank (liquid level and temperature simultaneously), and ending with a binary distillation column where 5 variables must be controlled. The course is organized in 8 modules with a total duration of three days. It is intended for chemical and control engineering students willing to obtain a deeper education in process control before getting to work or for any engineer who wishes to get started with this theme. Simulation manuals, simulation files and other documentation were designed and produced to enhance a better course experience for both the attendee and professor. The project viability has been confirmed through an economic analysis, which proves that the investment for designing this course is recovered after one year. A pilot test in the Master’s degree in Chemical Engineering – Smart Chemical Factories (EEBE-UPC) was also carried out. The results show a great interest and satisfaction from the attendees, who showed attraction for an advanced part, validating the course design.El curso diseñado en este proyecto forma a los ingenieros para encontrar soluciones a problemas de control de procesos mediante la simulación híbrida. El diseño del sistema de control se basa en el uso de un simulador de procesos químicos (Aspen HYSYS), donde se estudia la dinámica del proceso, asimismo en el uso de otro software de computación numérica (MATLAB-SIMULINK), donde se aplica la identificación de sistemas para obtener la función de transferencia del proceso, así como los índices de rendimiento de las respuestas. Se han examinado diferentes estrategias de control usando el programa de simulación, el cual permite la implementación del método del Internal Model Control (IMC) para encontrar los parámetros de los controladores. Se han simulado esquemas de control en feedback, cascada y feedforward, empezando desde el control de una variable (nivel de líquido en un tanque, temperatura en un intercambiador de calor), pasando a un sistema multivariable introductorio como el tanque con serpentín (control del nivel y temperatura simultáneo), finalizando con una columna de destilación binaria donde se deben controlar cinco variables. El curso se ha dividido en 8 módulos con una duración total de tres días. Está enfocado a estudiantes de ingeniería química y de control que quieran formarse en control de procesos antes de trabajar o a cualquier ingeniero que desee empezar con esta temática. Se han elaborado manuales y ficheros de simulación, y otra documentación para mejorar el aprendizaje del asistente al curso y como soporte al profesor. La viabilidad del proyecto ha sido confirmada mediante un análisis económico, el cual demuestra que la inversión realizada para diseñar el curso se recuperaría al cabo de un año. Además, se llevó a cabo una prueba piloto en el máster de Chemical Engineering – Smart Chemical Factories (EEBE-UPC). Los resultados muestran un gran interés y satisfacción por parte de los estudiantes, los cuales han mostrado su disposición a realizar una parte avanzada, validando así el diseño del curso.El curs dissenyat en aquest projecte forma els enginyers per trobar solucions respecte a problemes de control de processos mitjançant la simulació híbrida. El disseny del sistema de control es basa en l’ús d’un simulador de processos químics (Aspen HYSYS), on s’estudia la dinàmica del procés, i en l’ús d’un altre software de computació numèrica (MATLAB-SIMULINK), on s’aplica la identificació de sistemes per a la obtenció de la funció de transferència del process així com per als indicadors de rendiment de les respostes. S’han testejat diferents estratègies de control utilitzant el simulador, cosa que permet la implementació del mètode de l’Internal Model Control (IMC) per a trobar els paràmetres dels controladors. S’han simulat esquemes de control en feedback, cascada i feedforward, començant des del control d’una variable (el nivell de líquid en un tanc, la temperatura en un intercanviador de calor), passant per un sistema multivariable introductori com n’és el tanc amb serpentí (control de nivell i temperatura simultani), finalitzant amb una columna de destil·lació binària on s’han de controlar cinc variables. El curs s’ha dividit en 8 mòduls amb una duració total de tres dies. Està enfocat a estudiants de enginyeria química i de control que vulguin formar-se en control de processos abans de començar a treballar o a qualsevol enginyer que desitgi començar amb aquesta temàtica. S’han elaborat manuals i fitxers de simulació, i altra documentació per tal de millorar l’aprenentatge del participant i com a suport pel professor. La viabilitat del projecte ha estat confirmada mitjançant una anàlisi econòmica, la qual demostra que la inversió realitzada per a dissenyar el curs es recuperaria al cap d’un any. A més a més, s’ha dut a terme una prova pilot en el màster Chemical Engineering – Smart Chemical Factories (EEBE-UPC). Els resultats obtinguts mostren un gran interès i satisfacció per part dels estudiants, els quals van mostrar la seva disposició en realitzar una part avançada, validant així el disseny del curs