MASTER EN INGENIERÍA DE CONTROL, SISTEMAS ELECTRÓNICOS E INFORMÁTICA INDUSTRIAL

SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Las asignaturas relacionadas son:

1. Microelectrónica Digital
2. Sist. Microelectrónicos para Procesamiento de Señal
3. Instrumentación Electrónica Avanzada
4. Sistemas Microelectrónicos Avanzados
5. Sistemas Electrónicos para la mejora de la calidad de la Potencia Eléctrica
6. Sistemas Empotrados
7. Sistemas de Energía Renovable

Microelectrónica Digital

Los contenidos que se van a impartir en la asignatura de “Microelectrónica Digital” están organizados en cinco temas, con los cuales abarcaremos desde el diseño de alto nivel hasta el diseño a nivel de transistores de circuitos digitales.
En un primer tema, introduciremos el campo donde nos vamos a mover durante todo el curso, para profundizar en los temas siguientes.
En el tema “Síntesis de Alto Nivel” veremos cómo podemos diseñar un sistema microelectrónico desde unas especificaciones de alto nivel, que modelándolas en un lenguaje de descripción de hardware como VHDL, podemos tener una implementación relativamente rápida en una tarjeta de desarrollo basada en FPGAs.
Si el diseño mediante FPGA no cumple con las prestaciones requeridas, tendríamos que dar un paso más, ir hacia la implementación del ASIC. La estructura a nivel de puertas podría ser obtenida mediante una herramienta de síntesis automática. En el tema “Familias Lógicas” veremos cómo podemos implementar puertas lógicas a través de transistores. En el tema “Elementos de memoria” veremos cómo implementar los biestables a nivel de transistores. Para llevar a cabo estos diseños, haremos uso de un entorno de diseño microelectrónico de Mentor Graphics.
Por último, en el tema “Testabilidad” veremos cómo obtener los patrones de test de las señales de entrada para verificar los circuitos, ya sean de alto nivel o a nivel de transistores.
Por último, en el tema “Testabilidad” veremos cómo obtener los patrones de test de las señales de entrada para verificar los circuitos, ya sean de alto nivel o a nivel de transistores.

Sist. Microelectrónicos para Procesamiento de Señal

El objeto de la asignatura es dotar al alumno de los conocimientos necesarios para el diseño electrónico de sistemas de acondicionamiento de sensores integrados o sensores de estado sólido, identificando las topologías más adecuadas para los distintos tipos de sensores. Para ello, se requiere que en la Asignatura Instrumentación Avanzada se impartan al mismo tiempo los sensores de estado sólido (MEMS) de uso común: piezoresistivos, magnetoresistivos, capacitivos, etc.
Debido a su importancia creciente, se prestará especial atención al diseño de los interfaces de sensores presentados en la asignatura Instrumentación Avanzada tanto en forma de circuitos analógicos como en modo mixto.
De forma más específica, se mostrarán las siguientes técnicas de tratamiento de señales de estos sensores:
Polarización en DC …
En la transparencia se muestran algunos bloques básicos relacionados con dichas técnicas.
También veremos técnicas de amplificación y de filtrado (ambas tanto en tiempo continuo como en tiempo discreto) y técnicas de linealización de sensores.
Las técnicas de conversión analógico/digital que son tan importantes hoy en día, se dejan para la asignatura Sist. Microelectrónicos Avanzados.

Instrumentación Electrónica Avanzada

Existe una clara tendencia al diseño de Microsistemas que consiste en integrar el sensor junto con los circ. electrónicos que procesan las señales que provienen del mismo. De esta forma se consiguen 2 objetivos: miniaturización y acercar al sensor los circuitos electrónicos para su posterior acondicionamiento, evitando la fácil degradación de las señales procedentes de los sensores, al ser señales muy débiles.
Un microsensor puede ser un disp. Semiconductor o una estructura mecánica en miniatura (micropuentes, espiras, membranas, etc).
Los sistemas que suelen integrar en un mismo chip, sensores, actuadores y electrónica de procesado, se denominan MEMS (sistemas Micro-Electro-Mecanizados). Se muestra en detalle el diseño con tecnologías estándar de este tipo de sistemas MEMS dada la importancia que está adquiriendo en los últimos años en la industria en aplicaciones diversas como automoción, …
Otro campo de interés lo forman los sensores encargados de detectar la presencia y concentración de ciertas sustancias químicas, generalmente gases. Son muy comunes los sensores de monóxido y dióxido de carbono, los sensores de oxígeno y otros gases, que permiten determinar la calidad del aire en recintos cerrados y la presencia de agentes contaminantes o armas biológicas. Son también muy importantes para el control de la emisión de gases en los tubos de escape de los automóviles.
El principio de magnetorresistencia gigante (GMR) permite asimismo determinar la dirección de un campo magnético incidente, con mayor sensibilidad y precisión.

Sistemas Microelectrónicos Avanzados

Mostraremos las técnicas actuales para el diseño de circuitos electrónicos en entornos de baja tensión y bajo consumo.
Si cogemos un diagrama de bloques de un receptor de comunicaciones, veremos que cada vez el convertidor A/D está más cerca de la zona de radiofrecuencia. Esto conlleva que los requisitos a estos convertidores son cada vez más exigentes. A esto hay que unirles la demanda de circuitos de alta velocidad en los modernos sist de comunicaciones y de bajo consumo en los sistemas portátiles.
Testeo y corte en dados.
Bonding: soldadura de cables de oro entre el silicio y los pines del encapsulado.
Nosotros fabricamos los chips a través de Europractice (que es un consorcio Europeo) y de MOSIS (que es norteamericano) que facilitan el acceso a la tecnología a las Universidades y pequeñas empresas.
También se mostrarán las limitaciones de la tecnología actual del silicio y la evolución hacia la Nanotecnología.
En el master se imparten conocimientos avanzados de Electrónica Digital. La electrónica digital se emplea en la mayoria de productos que se usan de forma cotidiana y es un campo dinámico en continua evolución que exige estar continuamente actualizado.
Los conocimientos de Electrónica digital cubren varios espectros de la formación tanto para iniciar una linea investigadora como para la aplicación de los conocimientos al desarrollo de productos electrónicos. Se cubren varias facetas:
- Herramientas de diseño
- FPGA
- Problemáticas del diseño
- Aplicaciones a sistemas empotrados

Sistemas Electrónicos para la mejora de la calidad de la Potencia Eléctrica

En esta asignatura se pretende que el alumno conozca los defectos que la onda eléctrica puede presentar y analizar sus efectos, y que aprenda a realizar un estudio armónico de una instalación eléctrica, a manejar la normativa referente a la calidad de la señal eléctrica, a diseñar equipos correctores de la falta de calidad y a trabajar con equipos analizadores de redes y el correspondiente software de análisis de calidad de señal en instalaciones reales. Para ello se estudian: la normativa aplicable, los defectos en la onda de tensión, el análisis de armónicos de una instalación, la compensación en sistemas distorsionados y los filtros activos de potencia. Las clases teóricas se complementan con sesiones prácticas en el laboratorio de ingeniería eléctrica y con la simulación de diferentes sistemas de potencia en los que se aplican los principios de compensación estudiados.a

Sistemas Empotrados

La Instrumentación Electrónica Avanzada también está relacionada con los Sist. Empotrados mediante los sistemas de adquisición, distribución y monitorización de señales.
La asignatura “Sistemas Empotrados” va a abordar el hecho de utilizar un sistema informático como componente de un sistema mayor. Estos sistemas suelen ser de aplicación específica, luego no es extraño el desarrollo a medida de ciertos elementos del sistema.
En primer lugar se va a estudiar diferentes formas de especificar la funcionalidad del sistema. Existen multitud de formas y métodos para llevar a cabo dicha especificación, que pueden ser divididos en modelos gráficos o textuales.
Las tareas que deben ser realizadas para completar la funcionalidad deseada, debe ser dividida en dos grupos: las tareas de uno de ellos serán implementadas vía hardware, y el resto serán implementadas vía software; de tal forma que se minimice una determinada función de coste.

Una vez que se conocen los dos conjuntos de tareas, se debe afrontar la implementación hardware y software. Dentro de la parte software vamos a presentar los principios básicos de arquitectura de computadores, así como una serie de criterios de optimización de código. Dentro de la parte hardware, veremos los dispositivos hardware más usuales que nos podemos encontrar en un sistema empotrado: entrada, salida y sistemas a medida para aumentar las prestaciones.

Por último, los componentes que componen el sistema completo deben ser conectados entre sí. Debido a la diversa naturaleza de dichos componentes, se hace necesario el diseño de interfaces para su correcta conexión, lo cual puede implicar el desarrollo de protocolos de comunicación a medida.
Todas las tareas anteriores requieren de una fase de verificación y prueba para evitar que el resultado final de una tarea no sea bueno, bien porque no funcione como se espera o bien porque no cumpla las especificaciones requeridas. En esta verificación, nos vamos a centrar en métodos formales para verificar las propiedades que tenga el modelo del sistema, ya que la verificación del resto de tareas se suele realizar por simulación.

Sistemas de Energía Renovable

Al finalizar el curso, se pretende que el alumno tenga una visión general sobre aspectos relacionados con el
diseño, dimensionado y análisis de sistemas basados en fuentes de energía renovable.
Los sistemas híbridos son aquellos donde se combinan varias fuentes de energía renovable o no renovable
El capítulo 3 trata sobre la electrónica de potencia necesaria para la adaptación de la energía procedente de las fuentes renovables y el control de potencia aplicado sobre las distintas fuentes, tanto para sistemas aislados como conectados a red
En un sistema de energía renovable desembocan muchas disciplinas de conocimiento: ingeniería de control, identificación y modelado, electrónica de potencia, instrumentación, etc
La inteligencia artificial también tiene sus aplicaciones en los sistemas de energía renovable: identificación mediante redes neuronales y lógica borrosa, control inteligente en bajo y alto nivel (control borroso de convertidores, estrategia de control para la gestión de la energía basada en lógica borrosa), dimensionado de sistemas híbridos mediante algoritmos genéticos, etc.

Actualmente se está investigando en:

Diseño e instalación de sistemas híbridos basados en hidrógeno
Seguimiento del punto de máxima potencia en sistemas fotovoltaicos
Monitorización de sistemas fotovoltaicos
Electrónica de potencia para sistemas fotovoltaicos