Person: Martincorena Arraiza, Maite
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Martincorena Arraiza
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Maite
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Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación
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ISC. Institute of Smart Cities
ORCID
0000-0001-7932-5534
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811334
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Publication Embargo Microelectronic design for internet of things in hostile environments(2023) Martincorena Arraiza, Maite; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; López Martín, Antonio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio IngeniaritzarenEsta tesis presenta técnicas innovadoras de baja tensión, baja potencia y baja frecuencia utilizadas para diseñar nuevos bloques de circuitos (como amplificadores, filtros y convertidores RMS-DC) adecuados para aplicaciones en el internet de las cosas (IoT: Internet of Things) con restricciones de energía y área. La tesis esta estructurada de la siguiente manera: primero, se presentan técnicas básicas de diseño de dispositivos y circuitos para operación en bajo voltaje, baja potencia, baja frecuencia y bajo ruido, que más tarde se utilizan para diseñar bloques circuitales adecuados para aplicaciones IoT en entornos con energía y área restringida. Los bloques circuitales presentados están adaptados para aplicaciones de baja tensión y baja potencia, así como para operar en frecuencias ultrabajas, haciendo uso de técnicas de eficiencia energética como transistores de puerta cuasi-flotante (QFG: Quasy-Floating Gate), polarización adaptativa para obtener eficiencia en corriente mediante sequidores de voltage volteado (FVF: Flipped Voltage Follower), o la técnica de bootstrapping para obtener grandes constantes de tiempo RC con área reducida, entre otros. Los circuitos propuestos son validados experimentalmente y comparados con anteriores publicaciones relevantes de circuitos similares, para demostrar su desempeño competitivo. La tesis presenta filtros basados en SSF de clase AB simples y energéticamente eficientes que aprovechan los beneficios de los transistores QFG; un convertidor RMS-DC de dos cuadrantes compacto basado en una novedosa celda elevadora al cuadrado/divisora (S/D: Squarer/Divider) con lazos translineales MOS (Metal Oxide Semiconductor) electrónicamente simulados (ES-MTL: Electronically Simulated- MOS Translinear) y polarización adaptativa basada en FVF, que logra una alta simetría y rango dinámico; finalmente, se desarrolla una familia de amplificadores de corriente alterna (AC: Alternate Current) de frecuencia ultra baja haciendo uso de la transformación de red basada en nullores y la técnica de bootstrapping para reducir la frecuencia de corte de paso alto basada en una constante de tiempo RC. Aprovechando aún más la versatilidad de la representación de circuitos basada en nullores, se desarrolla una versión simplificada de una nueva topología de amplificador AC de frecuencia ultrabaja, eficiente en potencia área y ruido. Los circuitos propuestos se han fabricado utilizando diferentes tecnologías CMOS estándar (130 nm y 180 nm) y se proporcionan resultados de medidas experimentales, así como análisis teóricos para caracterizar adecuadamente el rendimiento de cada circuito propuesto y probar todo su potencial e idoneidad para entornos de baja potencia, bajo ruido y baja frecuencia.Publication Open Access Fault detection of planetary gears based on signal space constellations(MDPI, 2022) Martincorena Arraiza, Maite; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; López Martín, Antonio; Molina Vicuña, Cristian; Matías Maestro, Ignacio; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de ComunicaciónA new method to process the vibration signal acquired by an accelerometer placed in a planetary gearbox housing is proposed, which is useful to detect potential faults. The method is based on the phenomenological model and consists of the projection of the healthy vibration signals onto an orthonormal basis. Low pass components representation and Gram–Schmidt’s method are conveniently used to obtain such a basis. Thus, the measured signals can be represented by a set of scalars that provide information on the gear state. If these scalars are within a predefined range, then the gear can be diagnosed as correct; in the opposite case, it will require further evaluation. The method is validated using measured vibration signals obtained from a laboratory test bench.Publication Open Access Modelado y procesado de señales de vibración para mantenimiento predictivo y diagnóstico de fallos en Engranajes Planetarios(2017) Martincorena Arraiza, Maite; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola TeknikoaEste Trabajo Fin de Máster está centrado en el desarrollo y validación de técnicas de mantenimiento predictivo y diagnóstico de fallos en Engranajes Planetarios (EP), basadas en el procesado de las señales de vibración obtenidas a través de un sensor durante la operación del EP. Los EPs son ampliamente utilizados en el sector aeronáutico, automotriz, generación de energía eólica, etc., donde las consecuencias de fallos en equipos producen grandes pérdidas económicas y pueden ser peligrosas. Por esta razón es importante el desarrollo de técnicas de mantenimiento predictivo para detectar posibles fallos antes de que ocurran. Para validar las diferentes técnicas de procesado de señales de vibración y los indicadores de fallo obtenidos tras aplicarlas, se realiza el modelado de dichas señales mediante el Modelo Fenomenológico simulando EPs tanto en buen estado como con fallos en sus diferentes compontes. De este modo, se genera un banco de pruebas virtual para analizar las ventajas y desventajas de cada una de las técnicas de procesado y comprobar el comportamiento de los diferentes indicadores de fallo bajo diferentes condiciones.Publication Open Access Micropower class AB low-pass analog filter based on the super-source follower(IEEE, 2022) Martincorena Arraiza, Maite; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; López Martín, Antonio; Carlosena García, Alfonso; Institute of Smart Cities - ISCAn improved class AB version of the super source follower is used to implement a compact and power-efficient second order analog low-pass filter. The proposed circuit achieves a 41% power reduction as well as an improvement in linearity and pass band gain with respect to its class A counterpart. Measurement results of a test chip prototype fabricated in a 180 nm CMOS technology show a power consumption ranging from 50.3 μW to 85.27 μW for cutoff frequencies from 600 kHz to 890 kHz, with a supply voltage of ±0.75 V. A third order intermodulation distortion of −35.34 dB (for an input signal of 0.4 mV pp and 350 kHz) and a THD of −69.7 dB (for an input signal of 0.4 mV pp and 100 kHz) are measured, which results in an improvement with respect to the conventional class A version of 13.98 dB and 43.6 dB, respectively. The silicon area is 0.0592 mm 2 (using external capacitors).Publication Open Access A family of alternating current amplifiers for ultra-low frequency operation(Wiley, 2021) Martincorena Arraiza, Maite; Carlosena García, Alfonso; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; Beloso Legarra, Javier; López Martín, Antonio; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate PublikoaA family of capacitively coupled alternating current (AC) amplifiers featuring ultra-low (below 1 Hz) corner frequency is presented. This is achieved by using high-gain devices which actively boost feedback resistance and thus reduce corner frequency. This procedure is often termed, though with a different purpose, as 'bootstrapping'. The proposed architectures are very general and admit several possible practical implementations. To demonstrate their usefulness, the circuits are implemented with two operational amplifiers (OA), but other active devices such as operational transconductance amplifiers (OTAs) can be alternatively used. All circuits have been theoretically analyzed, extensively simulated and measured, exhibiting high-pass cutoff frequencies as low as 30 mHz.Publication Open Access RDC protocols in wireless sensor networks running Contiki(2015) Martincorena Arraiza, Maite; Malanda Trigueros, Armando; Steenhaut, Kris; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa; Vrije Universiteit Brussel (Bélgica)Este trabajo fin de grado presenta una comparación entre los diferentes protocolos que definen el ciclo de trabajo de la radio (protocolos RDC), empleados en las redes de sensores inalámbricos que usan Contiki como sistema operativo. Con ese propósito, para obtener los resultados más fiables posibles y para evitar la imprecisión asociada a las simulaciones, se ha realizado un estudio experimental en una verdadera red de sensores inalámbricos usando módulos Zolertia Z1. Los protocolos RDC son uno de los elementos más importantes en la configuración de una red de sensores inalámbricos, ya que están a cargo de la gestión de los intervalos de actividad de la radio, con el fin de conseguir un bajo consumo de energía, el cual es uno de los requerimientos principales de aparatos con restricción energética como los sensores inalámbricos. Además, como el comportamiento de los protocolos RDC afecta a las capas superiores de la pila de protocolos, es crucial encontrar una configuración RDC que proporcione el mejor rendimiento posible, siendo éste el principal objetivo de este trabajo fin de grado.Publication Open Access AC coupled amplifier with a resistance multiplier technique for ultra-low frequency operation(Elsevier, 2022) Martincorena Arraiza, Maite; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; Carlosena García, Alfonso; López Martín, Antonio; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate PublikoaThis paper proposes a novel, tunable AC coupled capacitive feedback amplifier, exhibiting an ultra-low high pass corner frequency. This is accomplished by actively boosting the output resistive value of a MOS transistor in weak inversion. The circuit is based on a more general architecture, recently proposed by the authors, and is analyzed in terms of its capability to achieve ultra-low frequency operation, its DC performance, and noise. The proposed technique is demonstrated via measurement results from a fabricated test chip prototype using a standard 0.18 µm CMOS technology. The proposed amplifier provides a tunable high pass corner frequency from 20 mHz to 475 mHz, consuming 4.71 μW and a total area of 0.069 mm2.Publication Open Access Very-low frequency capacitively coupled AC amplifier with a current feedback operational amplifier(Wiley, 2023) Beloso Legarra, Javier; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; Carlosena García, Alfonso; Martincorena Arraiza, Maite; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate PublikoaIn this paper, we propose the idea of using transimpedance amplifiers, in lieu of operational amplifiers (OAs) or transconductance amplifiers (OTAs) to design capacitively coupled AC amplifiers. The idea is demonstrated with a current feedback operational amplifier (CFOA) as an active element, which is actually an architecture consisting of voltage buffers and current copiers (mirrors). This last characteristic is further exploited to make the corner frequency of the AC amplifier tunable by means of bootstrapping low-valued resistors with the output buffer. It is particularly suited to achieve very-low corner frequencies as needed in applications such as bio- or seismic signals. The idea is demonstrated with simulations and experimental results with a discrete implementation.Publication Open Access A 1.2-V current-mode RMS-to-DC converter based on a novel two-quadrant electronically simulated MOS translinear loop(IEEE, 2020) Martincorena Arraiza, Maite; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; Algueta-Miguel, Jose M.; López Martín, Antonio; Institute of Smart Cities - ISCA novel current-mode CMOS RMS-to-DC converter using translinear techniques is introduced. It is based on a squarer/divider cell that is implemented using an electronically simulated loop with a novel biasing scheme that allows its operation in two quadrants. The cell is designed using a differential input current and a small signal first order filter to implement the voltage averaging, leading to a compact solution that can be used with low voltage supplies. The converter has been fabricated in a standard 130-nm CMOS process, and measurement results are provided to demonstrate the feasibility of the system.Publication Open Access AC amplifiers with ultra-low corner frequency by using bootstrapping(Institution of Engineering and Technology, 2021) Martincorena Arraiza, Maite; Carlosena García, Alfonso; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; López Martín, Antonio; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio IngeniaritzarenA novel architecture for an AC (i.e. high-pass) amplifier is proposed allowing a drastic reduction of the cutoff frequency to the sub-Hertz range. It builds upon the classic AC configuration with a high gain amplifier and a parallel RC circuit in the feedback loop, by increasing the feedback resistance through bootstrapping. Resistance multiplying factors higher than four orders of magnitude are easily achievable. The basic principle can be applied to several practical implementations, though in this letter it is demonstrate with measurement results of an op-amp based discrete implementation.