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Orientador: Carlos Alberto dos Reis Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho descreve a implementação de um circuito integrado para ser utilizado como núcleo de um Voltímetro Vetorial analógico, visando aplicações em análises de vibrações. O Voltímetro Vetorial baseia-se no método Wattimétrico[8] e determina em coordenadas cartesianas a amplitude e fase de um sinal que está em sincronismo com uma referência externa, em determinada frequência. O texto está organizado da seguinte forma: No capítulo 1 é apresentado um resumo das principais técnicas utilizadas em circuitos geradores de senóide. No capitulo 2, é apresentado um exemplo de utilização do método Wattimétrico, em que baseia-se o Voltímetro Vetorial. No capítulo 3 é enfocado o gerador senoidal de Gilbert e a influência da corrente de base dos transistores bipolares em seu funcionamento. No capítulo 4 é proposta a utilização dos transistores PNP laterais do processo AMS-CMOS 1.2J.1m(poço N), no gerador senoidal, avaliando seu emprego no Voltímetro Vetorial, comparando o desempenho com a versão do circuito que utiliza os transistores bipolares da tecnologia BiCMOS. No capítulo 5 é feita a análise gráfica do Voltímetro Vetorial e a implementação de seu modelo matemático. No capítulo 6 são enfocados os circuitos auxiliares, de conversão Tensão-Corrente e Corrente-Tensão utilizados respectivamente na entrada e saída do circuito final do Voltímetro Vetorial ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: This work describes the implementation of an integrated circuit to be used as the core of an analog Vector Voltmeter, which is applied in vibration analysis. The Vector Voltmeter is based on the Wattimeter method and determines in cartesian coordinate the amplitude and phase of a signal that is in phase with an external reference at a given frequency Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Agradecimentos: This work was financed in part by the Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001 Abstract: The Internet of Things has dramatically expanded its scope of applications in the last few years, reaching all areas of human activities, from biology to technology to social sciences. In the same way, IoT applications are becoming a driving force in the economy, playing a central role in many businesses. This scenario presents challenges in the teaching and designing of IoT applications due to its inherent multidisciplinary nature, with areas of knowledge ranging from electrical and computing engineering to those related to the target application to the business itself. In this article, we present a teaching methodology that relies on the project-based learning approach and makes use of a six-layer IoT Open Reference Model that covers all aspects of an IoT solution, from sensors to the end-user interface. The proposed methodology focuses on a complete understanding of the business behind the application and on the end-user needs. Following a top-down approach, from the business to the devices required to collect the necessary information, the approach allows students to have a complete view of all components involved in any IoT application. The proposed methodology has been applied in graduate and extension courses at the University of Campinas and has proven extremely useful Fechado

Agradecimentos: The authors acknowledge the Brazilian National Council of Scientific and Technological Development - CNPq and IC Design Training program CI- Brasil, for the provided training and support in all the EDA tools and computational resources required to design the integrated circuits. Marinalva Rocha and Leorberto Felix from Center of Information Technology CTI, Alfredo Rodrigues Vaz from CCS UNICAMP, for the support in the fabrication, packaging and the photographs Abstract: The present work analyzes a four-terminal Hall-plate device to determine the main sources of error and explain how current-spinning technique can be used to effectively reduce offset and noise. Based on this analysis, an improved magnetic sensor is designed using an eight terminal octagonal Hall plate and a chopped-based control circuit to implement the current-spinning technique. Since Hall plates are complete compatible with the CMOS manufacturing process, a monolithic chip which contains the sensor, switches, digital control and bias circuit were fabricated using a 0.6 µm commercial CMOS process. These devices are used to test the offset cancellation methodology and compare if there are advantages related to the device orientation or switching sequence. Experimental results show a residual offset of 0.25 mT, a 99% reduction compared with the original offset level measured at Hall plate CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Fechado

Agradecimentos: The authors acknowledge the Brazilian National Laboratory of Synchrotron Light (LNLS) and the Center for Semiconductor Components (CCS). Financial support for this project was provided by the Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) and Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Sistemas Micro e Nanoeletrônicos - INCT NAMITEC Abstract: In microfluidic devices, the integration of micro-sensors, reactors and actuators can result in a portable systems allowing the developing of several applications. In this work we fabricated and tested an electromagnetic valve which is compatible with a previously fabricated microfluidic sensor. The valve can be used to control the flux over a microchannel or even be combined to form a nozzle-diffuser micropump CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Fechado

Agradecimentos: The authors acknowledge the Center for Semiconductor Components (CCS), the Multi-User Laboratory of IFGW (LAMULT) and the Device Research Laboratory (LPD). Financial support for this project was provided by the Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq) and Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Sistemas Micro e Nanoeletronicos (INCT NAMITEC) Abstract: Microfluidic devices depend on the miniaturization of some components such as sensors, actuators and reactors to enable its applications and expand the possibilities. In this context, we fabricated an actuator capable of pumping fluids through microchannels and ensure the portability of the microfluidic device. The actuator uses the magnetic field generated by a coil to move a neodymium magnet over a PDMS diaphragm. Thus, the pressure variation within the microchannel and its geometry "nozzle-diffuser" causes the fluid to move preferentially in one direction. Finally, the influence of the diaphragm geometry and the electromagnetic force were analyzed to improve the efficiency of the actuator CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Fechado

Orientador: Fabiano Fruett Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A pandemia de Covid-19 trouxe novos desafios às instituições de ensino em todo o mundo, pois houve um súbito interesse por soluções de ensino a distância na oferta de disciplinas, incluindo as de ciência e tecnologia. O ensino a distância está impactando diretamente na formação dos profissionais que desenvolverão as soluções de IoT sob medida das quais residências, escritórios, empresas e cidades dependem cada vez mais. Independentemente disso, o treinamento em IoT precisa considerar as particularidades das comunicações sem fio, pois é essencial garantir a comunicação em qualquer solução de IoT. No entanto, esse treinamento é impactado pela dificuldade de realizar experimentos remotos que reproduzam o comportamento do canal sem fio. Além disso, o aprendizado dos principais conceitos teóricos da conectividade sem fio seria facilitado pela adoção de métodos práticos centrados no aluno, os chamados métodos de treinamento indutivos. Este trabalho apresenta um ambiente de emulação de redes remoto, de baixo custo e de código aberto, capaz de reproduzir o comportamento de links não guiados e de baixa potência sob diferentes configurações. O ambiente de emulação incorpora abordagens indutivas na experimentação com conectividade sem fio. O ambiente de emulação foi oferecido aos participantes de um curso de pós-graduação que ocorreu no primeiro semestre de 2020 e novamente no primeiro semestre de 2021. A análise dos resultados em relação a uma edição anterior do curso, quando o ambiente de emulação não foi utilizado, indica uma melhora substancial nas notas gerais. Uma pesquisa de final de curso com os alunos de 2020 e 2021 indicou que o ambiente de emulação contribuiu para a compreensão dos princípios que regem a conectividade sem fio. As evidências sugerem que este ambiente remoto é uma ferramenta útil para investigações acadêmicas das particularidades dos canais sem fio de baixa potência Abstract: Educational institutions around the world had to respond to the new challenges brought about by the Covid-19 pandemic. These included the need to adapt programs to the distance learning model, including those related to science and technology. Since then, distance or remote learning has had an impact on the training of the workforce that will develop the IoT solutions society will increasingly rely on. Training on IoT must consider the peculiarities of the wireless connectivity since, quite often, the development of IoT solutions stumbles upon it. Also, it can be difficult to run remote, controlled, repeatable experiments that reproduce a realistic behaviour of the signal. These are often done with the use of simulation software. Besides, several authors sustain that the adoption of learning methods centred on the student, also known as inductive training methods, could facilitate the absorption of theoretical concepts, here applied to wireless connectivity. This paper presents a remote, low-cost, open-source network emulation environment that incorporates inductive learning approaches, good for reproducing the behaviour of low power wireless links operating under different conditions and configurations. This emulation environment was offered at a postgraduate course that ran during the first semester of 2020 and again during the first semester of 2021. An analysis of the results against an earlier edition of the course, when the emulation environment was not used, indicated a substantial improvement in the overall grades. A survey carried out with the students at the end of the courses in 2020 and 2021 suggested that the emulation environment contributed to a better comprehension of the wireless connectivity principles. These findings implied that learners could use the emulation environment as a tool to investigate the particularities of low-power over-the-air channels Doutorado Telecomunicações e Telemática Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ 161999/2018-2

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Neste trabalho, projetamos, fabricamos e caracterizamos um sistema de detecção de fluidos que pode ser vestível. Os eletrodos deste sistema são baseados na tecnologia, madura, de sensores de toque capacitivos. Os eletrodos são fabricados com material flexível de baixo custo. A construção dos eletrodos foi realizada com fitas de cobre adesivas, permitindo assim que sejam montadas em dispositivos vestíveis. O circuito de condicionamento de sinais é baseado em um microcontrolador de 8 bits, EFM8SB1 da Silicon Labs©. Este microcontrolador possui um periférico de leitura capacitiva embarcado. Neste trabalho, desenvolvemos um firmware para o microcontrolador e um software, em Python, para realizar o pós-processamento e a interface homem máquina através de um computador de placa única. Os resultados experimentais mostraram que foi possível detectar a presença de fluidos, principalmente água, em quantidade de mililitros. O sistema possui uma interface que possibilita a medida, em tempo real e simultaneamente até 6 eletrodos sensores, permitindo ser expandido. Além disso, os resultados são armazenados em um arquivo texto que permite a geração de relatórios. Com este sistema de detecção foi possível analisar a dinâmica de espalhamento do fluído sobre superfícies, criando assim uma ferramenta valiosa para o estudo da mecânica da difusão de fluidos sobre diferentes superfícies Abstract: In this work, it was designed, fabricated, and characterized a wearable fluid detection system. The electrodes in this system were based on the mature capacitive touch sensor technology. The electrodes were made of low-cost flexible materials. Their construction was carried out with adhesive copper tapes, thus allowing them to be mounted on wearable devices. The signal conditioning circuit was based on the Silicon Labs© EFM8SB1 8-bit microcontroller. This microcontroller has an embedded capacitive readout peripheral. In this work, we developed a firmware for the microcontroller and a software, in Python, to perform the post-processing and the human-machine interface through a single-board computer. The experimental results showed that it was possible to detect the presence of fluids, mainly water, in milliliters. The system has an interface allowing real-time measurements, of up to 6 sensor electrodes at the same time, allowing it to be expanded. Furthermore, the results are stored in a text file allowing generation of reports. With this detection system it was possible to analyze the dynamics of fluid scattering over surfaces, thus creating a valuable tool for the mechanics of fluid diffusion over different surfaces studies Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 88887.470249/2019-00

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Existem diversos sistemas e equipamentos, com finalidades específicas, envolvendo o monitoramento das mudanças de clima e de tempo. Entretanto, a maioria desses sistemas e equipamentos disponíveis no mercado possuem alto custo, o que normalmente inviabiliza sua utilização em larga escala. Além disso, a maioria dos sistemas e equipamentos para este fim são importados, o que dificulta ainda mais a sua inserção em aplicações corriqueiras. Este trabalho descreve o desenvolvimento, projeto, testes e aplicação de uma rede de sensores sem fio de baixo custo, para monitoramento em tempo real da temperatura ambiente, umidade relativa do ar e pressão atmosférica, como uma alternativa nacional para pesquisas que necessitem de equipamentos para monitoramento ambiental. A rede é composta de quatro nós sensores e um nó coordenador. Os nós sensores possuem um sensor de temperatura e umidade e um sensor de pressão barométrica ¿ ambos com interface digital ¿ além de um microcontrolador de baixo consumo de energia e baixo custo, e um módulo de comunicação para uma rede operando na frequência de 2,4GHz, para conexão numa rede padrão IEEE 802.15.4. O nó coordenador possui outro módulo de comunicação para a conexão na rede sem fio, um microcontrolador, um cartão de memória para armazenamento das informações de cada nó sensor e interface Ethernet para disponibilizar as medidas do sensor em uma página web, acessada através de um IP estático em um browser de internet comum. Testes em laboratório e em campo atestaram autonomia do nó sensor (em torno de 90 dias para uma bateria de 500mAh) e alcance (de aproximadamente 150m em visada direta) e comprovaram a conformidade dos valores medidos por cada nó, através da comparação com um sistema de referência Abstract: There are several systems and equipments with specific applications related to climate and weather change monitoring. However, most of these systems and equipments available in the market are too expensive ¿ which usually prevents their use in large scale. Furthermore, most of them used for such purpose are imported, which further complicates their insertion in everyday applications. This work describes the development, implementation and application of a low-cost wireless sensor network for temperature, relative humidity and atmospheric pressure monitoring, in real-time as a national alternative for researches which demand equipments for environmental monitoring. The network consists of four sensor nodes and a coordinator node. Sensor nodes have a temperature and humidity sensor and a barometric sensor ¿ both with digital interface ¿ plus a low cost and low power microcontroller and a communication module for the wireless network operating at 2.4GHz for establishing connection to an IEEE 802.15.4 network. Coordinator node has another communication module to the wireless network connection, a microcontroller for receiving measurements, a memory card for storage of each sensor node¿s information, and Ethernet interface to provide sensor node¿s information in an embedded webpage, accessed through a static IP in a common internet browser. Tests performed in laboratories and in the field attested the node¿s autonomy (around 90 days for a 500mAh battery) and reach (approximately 150m line-of-sight), and proved the compliance of measurements performed by each sensor node, through comparison with a reference system Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Apresentamos neste trabalho um sensor de pressão de baixo consumo de potência. totalmente compatível com o processo de fabricação CMOS. constituído por um amplificador operacional sensível ao estresse mecânico fabricado sobre uma membrana. O desenho do layout do amplificador é feito de forma a maximizar o efeito do estresse sobre os transistores do par de entrada e minimizar sobre o restante do circuito. O projeto da membrana. bem como a localização dos elementos sensores sobre a mesma. Foram determinados através de simulação por elementos finitos. O sensor foi fabricado utilizando o processo CMOS 0.35 IJ.m AMS disponibilizado pelo Projeto Multi-Usuário (PMU) Fapesp. A membrana do sensor foi obtida através de um processo de desbaste mecânico da pastilha de silício onde o circuito foi fabricado. Analisamos também a dependência da tensão de limiar e da mobilidade de um transistor PMOS com relação ao estresse mecânico. O sensor fabricado apresentou um consumo de potência da ordem de 3 IJ. W e uma sensibilidade de 8.9 mV/psi Abstract: A nove I Iow power totally CMOS compatible mechanical-stress sensitive differential amplifier. which can be used as a pressure sensor. is presented. This amplifier is based on a special designed layout where the stress sensitivity of the input differential pair. is maximized and the stress effects on the second stage are minimized. Finite element simulation was used to design the membrane and to locate the element sensor on it. The sensor was fabricated in a CMOS 0.35 IJ.m AMS process supported by the Fapesp Multi -User Project. In order to make a pressure sensor without a backside bulk micro-machining process. the thickness of the die was reduced by a mechanical polishing process. This work also analised the limiar-voltage and the mobility dependence with regard to mechanical stress. The sensor power consumption amounts to 3 IJ. W and the sensitivity amounts to 8.9 m V/psi Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os frutos submetidos a grandes impactos sofrem danos irreversíveis, perdem qualidade e nem sempre podem ser aproveitados no final do processo de pós-colheita. Identificar e entender estes eventos críticos pode colaborar na redução do desperdício na produção de alimentos. Já no caso do esporte, o estudo dos impactos do equipamento esportivo levando em consideração características particulares do material pode ser uma ferramenta valiosa durante o desenvolvimento e fabricação de, por exemplo: bolas de futebol. Com o objetivo de fornecer novas ferramentas à análise e ao estudo dos impactos na agricultura e nos esportes desenvolvemos o hardware e o software de dois instrumentos os quais interagem de forma sincronizada com o método da cinemetria para análise de movimento através de câmeras. O primeiro instrumento desenvolvido é um sistema de monitoramento de variáveis biomecânicas chamado Esfera Eletrônica Sem Fio (EESF). Na agricultura, o circuito eletrônico da EESF, é encapsulado dentro de uma esfera, facilitando o monitoramento de frutas e outros produtos perecíveis mediante a aquisição de variáveis que afetam a qualidade do produto. No esporte, o circuito eletrônico pode ser encapsulado, acoplado ou embutido em equipamentos esportivos facilitando o monitoramento do atleta ou do próprio equipamento esportivo. O hardware da EESF possui um diâmetro de 63 mm, massa de 168 g, densidade de 1,1, acelerômetros triaxiais na faixa de ±200 g, comunicação sem fio no padrão ZigbeeTM, alcance de 70 m, taxa de amostragem de 438 Hz e autonomia de 45 minutos. Já o software integra duas Interfaces Gráficas de Usuário (GUI), uma para Análise em Tempo Real (RTA) e outra para Análise e Pós-Processamento (PPA), que inclui uma opção de vídeo sincronização. O segundo instrumento é uma Plataforma de Força (PF) uniaxial, de baixo custo, projetada para trabalhar tanto estática quanto dinamicamente, para uma faixa de ±2,2 kN, taxa de amostragem de até 2,4 kHz, alta Relação Sinal-ruído (SNR), alto ganho e tampo de vidro com a opção de sincronismo com vídeo por baixo da mesma. Com a EESF foram realizados testes de queda livre em laboratório, sincronizados com a PF, para comparar os valores dos impactos obtidos pelos dois instrumentos, e testes em unidades de beneficiamento de maçã e laranja para medir os impactos sofridos pelas frutas no processo de pós-colheita. A PF também foi utilizada durante os testes de repique com diferentes bolas de futebol, em sincronismo com a cinemetria, comparando os resultados obtidos com os dois sistemas e ainda caracterizando cada bola através das variáveis cinemáticas e dinâmicas. A integração de diferentes tecnologias mostrou-se uma ferramenta valiosa na análise do impacto e suas relações com o objeto em estudo. As informações colhidas de diversos instrumentos foram comparadas e cruzadas, favorecendo o entendimento da mecânica do impacto. Estes instrumentos são facilmente adaptáveis a qualquer necessidade específica dentro da análise de problemas que envolvem impacto, tendo aplicações não somente em agricultura e esporte, mas também na área médica e de materiais Abstract: Fruits submitted to large impacts suffer irreversible damage, lose their quality and, most of the times, and can't be availed at the end of the post-harvest process. Identifying and understanding these critical events may help to reduce food losses. With reference to sports, studying the impacts related to sport equipments by taking into account their particular material characteristics, can be a valuable tool for the development and manufacture of improved sport items like soccer balls. Aiming to provide new tools to analyze and study agriculture and sports impacts, we developed two instruments including hardware and software, which interact synchronously with the kinematic method based on cameras motion analysis. The first instrument developed is a monitoring system of biomechanical variables system called Wireless Electronics Sphere (WES). In focus on agriculture, the WES electronic circuit is encapsulated inside a sphere, facilitating fruit and other perishable products is monitored through the acquisition of product quality variables. In other application focus on sport, the electronic circuit can be encapsulated, attached or embedded into sport equipment, facilitating monitoring the athlete or sports equipment. The WES hardware has a 63 mm diameter, 168 g weight, 1.1 density, triaxial accelerometers in the range of ±200 g wireless communication with ZigbeeTM standard, 70 m range, 438 Hz sampling rate and 45 minutes of battery autonomy. The software integrates two Graphical User Interfaces (GUI), one for Real-Time Analysis (RTA) and the other for Post-Processing Analysis (PPA), which includes a video synchronization option. The second instrument is a low cost uniaxial Force Platform (FP), designed to work both static and dynamically for a ±2.2 kN range, 2.4 kHz sampling rate, high Signal-to-Noise Ratio (SNR), high gain and glass top with video sync option. The WES was used in the laboratory freefall test and synchronized with the FP, to compare the impact values obtained by both instruments. Beside, the WES was tested in apple and orange packing houses to measure the impact suffered by the fruits in the post-harvest process. The FP was also used during the rebounding tests with different soccer balls, synchronized with the kinematics and the results obtained were compared with both systems and each ball was also characterized through the kinematic and dynamic variables. The integration of different technologies proved to be a valuable tool on impact analysis and its relations with the object under study. The information collected from different instruments was compared and crossed, promoting the understanding of the impact mechanic. These instruments are easily adaptable to any specific requirement in the analysis of problems involving impact, with applications not only in agriculture and sports, but also in medical and material areas Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Apresentamos neste trabalho um sensor de pressão piezorresistivo de multiterminais totalmente compatível com o processo de fabricação CMOS, constituído de um piezoelemento sensível ao estresse mecânico disposto sobre uma membrana microfabricada. O layout deste piezoelemento permite maximizar o efeito do estresse mecânico sobre a deflexão das equipotenciais distribuídas sobre sua região ativa. Utilizamos a análise baseada no Método de Elementos Finitos no projeto da membrana, bem como na definição da disposição dos piezoelementos sobre a mesma. O sensor foi fabricado em duas tecnologias diferentes: CMOS 0,3 ?m MAS (Austria Mikro Systeme International) - disponibilizado pelo Projeto Multi-Usuário PMU-FAPESP - e CCS/Unicamp (Centro de Componentes Semicondutores da Unicamp). Realizamos a membrana, no sensor fabricado na tecnologia AMS, através de um processo de desbaste mecânico da pastilha de silício. Já para o sensor fabricado na tecnologia do CCS/Unicamp, utilizamos um aparato de corrosão química (solução de KOH) para corrosão anisotrópica do silício monocristalino e, desta forma, obtivemos uma membrana com maior qualidade. Realizamos o estudo, analítico e numérico, da dependência da tensão de saída do piezoelemento de multiterminais com relação ao estresse mecânico. Os sensores fabricados apresentaram sensibilidade proporcional ao número de contatoscorrente de entrada e pouca dependência desta sensibilidade com sua geometria para uma grande faixa de variação de suas dimensões. Na tecnologia AMS, o sensor apresentou uma sensibilidade de 0,24 mV/psi e na tecnologia CCS/Unicamp 4,8 mV/psi com linearidade máxima de aproximadamente 5,6% FSO Abstract: This work describes a CMOS-Compatible multiterminal piezoresistive pressure sensor based on the transversal piezoresistive effect, which consists of a piezotransducer fabricated on a membrane. The layout of this piezoelement is designed in such a way that its sensitivity is improved by maximizing the effect of the mechanical stress over the equipotential lines distribution in its active region. We performed Element Finite analyses in both membrane and piezoelement designs. The sensor was fabricated using two different technologies: CMOS 0,35 ?m AMS process (Austria Mikro Systeme International) - supported by the Fapesp Multi-User Project - and CCS/Unicamp process (Center for Semiconductor Components). In the AMS process, we realized a diaphragm by reducing the thickness of the die through a mechanical polishing process. In the sensor fabricated at CCS/Unicamp process, a backside bulk micro-machining was performed by using an automated KOH chemical etching apparatus, which provides a well-controlled anisotropic etching process. The sensor sensitivity is proportional to the number of input current terminals. The sensor sensitivity dependence related to its geometry is minimized even for a wide range of the sensor layout's aspect-ratio. In the AMS process, sensor's sensitivity amounted to 0.24 mV/psi and in the CCS/Unicamp process the sensitivity amounted to 4,8 mV/psi with a maximum linearity of about 5,6% FSO Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: o Resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The Abstract is available with the full electronic digital document Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Sensores e Sistemas Microeletromecânicos (MEMS), integrados em silício, evoluem e se desenvolvem impulsionados principalmente pelo amadurecimento e vigor da indústria micro e nano eletrônica. MEMS estão se disseminando rapidamente em produtos comerciais, tendo, como exemplo, espaço garantido em automóveis onde sensores de pressão e acelerômetros se tornam cada vez mais necessários. Neste trabalho, desenvolvemos e caracterizamos um sistema reator para corrosão úmida anisotrópica em silício capaz de realizar corrosões profundas (>200µm). Este reator possibilita a microfabricação de membranas (sensores de pressão) e cantilevers (acelerômetros) em circuitos integrados e wafers com eletrônica pré-existente. Fatores como qualidade e repetibilidade da corrosão e compatibilidade com o processo de microeletrônica foram estudados. Algumas microestruturas de interesse foram fabricadas e comparadas com resultados obtidos através de um simulador de corrosão anisotrópico em 2D. Concluímos que, devido à boa repetibilidade na taxa de corrosão, um bom controle das estruturas pode ser obtido simplesmente pelo método de parada por tempo. Por fim, o reator foi utilizado para a microfabricação de uma membrana na parte de traz de um wafer com eletrônica ativa, resultando em sensores de pressão microeletrônicos projetados, fabricados e caracterizados com tecnologia nacional Abstract: Integrated Silicon Sensors and Microelectromechanical Systems (MEMSs) have been developing drived mainly by the micro and nanoelectronic industry's continuous growth. As a result, MEMSs have been spreading out very quickly into commercial products. In fact, MEMSs have undertaken room in automotive market where pressure sensors as well as accelerometers have more and more become essential devices. In this work we developed and characterized a Silicon Anisotropic Wet Etching Reactor, which is capable to realize deep etchings (>200um). This reactor makes possible the microfabrication of membranes (for pressure sensors mainly) and cantilevers (for accelerometers mainly) in integrated circuits and in wafers with a predefined active electronic. We investigated factors such as quality and repeatability of the etching as well as its compatibility with the microelectronic process. To support our study, microstructres were fabricated and compared with the results acquired from a 2D Anisotropic Etching Simulation software. We concluded that due to the good repeatability of the etching rate a precise control of the microstructures can be realized by just using the time-stop method. To close our study, the reactor was used to microfabricate a membrane in the back-side of a wafer with active electronic in the front-side using KOH as etchant in order to realize a pressure sensor. As a result, a microelectronic pressure sensor was entirely designed, fabricated and characterized using national technology Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento, projeto e aplicação de um sistema de medição embarcado destinado à avaliação de conforto do usuário do transporte público. O hardware deste sistema é dotado de acelerômetro triaxial e sistema de posicionamento global (GPS). Três algoritmos, desenvolvidos especialmente para este sistema, foram utilizados para a avaliação do conforto. O primeiro algoritmo está baseado na deteção de picos de aceleração que ultrapassam um limiar definido, estes eventos podem ser produzidos pela forma inadequada de dirigir do motorista e por estruturas ou defeitos no pavimento que possam gerar desconforto ao usuário. O segundo algoritmo adiciona a deteção de mudanças de aceleração (Jerk) acima de um limiar de 0,4m/s3. Enquanto, o terceiro algoritmo acrescenta o cálculo de um índice de conforto baseado no valor RMS da aceleração ponderada de acordo com a norma internacional ISO2631-1. Assim, o sistema permite reportar a amplitude, a posição geográfica e temporal dos eventos de aceleração, Jerk ou índice de conforto, através de um enlace sem fio ou pela leitura de um cartão de memória SD. Além de gerar um relatório, estes eventos são mostrados em um mapa por meio de um instrumento virtual desenvolvido na plataforma LabVIEW¿. A análise das informações geradas permite identificar espacialmente a distribuição dos eventos, facilitando a tomada de ações preventivas ou corretivas, por parte das empresas de transporte e/ou prefeituras, que melhorem o conforto do usuário deste meio de transporte Abstract: This work describes the development and the implementation of an embedded measurement system, which aim is the comfort assessment in public transportation vehicles. The hardware is based on tri-axial accelerometers and a global positioning system (GPS). Also, for this system were specially developed three algorithms, which were implemented to evaluate the comfort. The first algorithm is based on the detection of acceleration's peaks over threshold values produced by reckless driving, holes, speed bumps or others defects. The second one adds the detection of acceleration changes (Jerk) peaks over 0.4m/s3; whereas, the third one adds the RMS measurement from frequency-weighted accelerations according to the international standard ISO2631-1. Using a wireless link or an SD card, the system can report the magnitude, time, type and geographic position of the acceleration and jerk' events and the comfort index. Beyond to generate a report, these events are shown through a virtual instrument, developed in the LabVIEW¿ platform. The analysis of those information allows to identify, geographically, the event's distribution. Hence, it is easier to make preventive or corrective actions to improve the comfort Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Fabiano Fruett, Eduardo Rodrigues de Lima Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta o processo completo de desenvolvimento de um divisor de frequencia CMOS, do projeto aos testes de caracterizacao. O divisor e baseado na topologia DSTC e tem como objetivo trabalhar com frequencias de entrada de pelo menos 2 GHz e apresentar um baixo ruido de fase de saida. O circuito e integrado em um transceptor completo e fabricado na tecnologia TSMC 65 nm CMOS RF-MS. O bloco completo e composto por dois divisores e buffers de saida ocupando uma area total de 132.72..m x 58.79..m, sendo que cada divisor individualmente ocupa 30.92..m x 46.94..m. Dificuldades durante o fluxo de projeto, como por exemplo problemas com licencas para ferramentas, tornou impossivel realizar a extracao de parasitas. Isso resultou em um circuito fabricado que requer sobretensao para operar de acordo com suas especificacoes originais. A caracterizacao do circuito e feita atraves de medidas indiretas, uma vez que as saidas do divisor nao estao disponiveis para acesso com probes. Um gerador de sinal externo, com caracteristicas conhecidas, e utilizado para gerar os sinais de referencia para as entradas do circuito. Considerando a condicao de sobretensao, o circuito mostra uma faixa de frequencia de entrada maior que 2 GHz e um ruido de fase de .135 dBc/HZ em um offset de frequencia de 1 MHz. Nessa condicao, os resultados se mostram dentro da performance esperada, validando portanto que o circuito e funcional Abstract: This work presents the complete process, from design to testing, of an CMOS frequency divider. The divider is based on DSTC (Dynamic Single-Transistor Clock) topology and aimed to work with input frequencies of at least 2 GHz and presenting low output phasenoise. The circuit is integrated in a full transceiver and fabricated in TSMC 65 nm CMOS RF-MS technology. The complete divider block is comprised of two divider cores and buffers occupying an area of 132.72..m x 58.79..m in total, with the divider core itself being 30.92..m x 46.94..m. Design cycle issues, for example, tool licensing problems, rendered it impossible to obtain the circuit parasitic extraction. These resulted in a fabricated circuit that requires an over-voltage to operate accordingly to its original specification. The circuit characterization is made through indirect measures since the divider outputs are not available for probing. For the circuit input, an external signal generator with well-known characteristics is utilized to generate the signals. Considering the over-voltage condition the circuit shows an input frequency range greater than 2 GHz and a phase-noise of .135 dBc/HZ at 1 MHz offset frequency. In this condition, the results proved to be within the expected behavior and thus, the proposed circuit is considered functional Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Fabiano Fruett, Claudio Floridia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um transponder para uso em conjunto com um Reflectômetro Óptico no Domínio do Tempo (OTDR) em aplicações de sensoriamento distri-buído por meio do fenômeno de espalhamento óptico Brillouin. Foi empregada especificamente a técnica de análise no domínio do tempo do retroespalhamento óptico Brillouin estimulado (BOTDA ¿ Brillouin Optical Time Domain Analysis) possibilitando a conversão de um OTDR convencional em um sistema BOTDA completo. O transponder BOTDA (ou T-BOTDA) desen-volvido neste trabalho emprega uma única fonte de luz simplificando o sistema e aumentando sua confiabilidade. O T-BOTDA desenvolvido foi empregado em um enlace contendo três fibras monomodo sendo que a fibra de teste possuía 100 m e as demais 2,1 km e 6,1 km correspondendo a um total de 8,3 km. O sistema identificou a fibra de 100 m variando a temperatura de 50°C para 60°C. A di-ferença de deslocamento da frequência Brillouin foi de 20 MHz, o dobro do valor esperado na literatura, mas da mesma ordem de grandeza. Na segunda configuração, uma fibra SMF foi con-catenada com uma fibra de alta Dispersão por Modo de Polarização (PM) de 5,6 ps com compri-mento de 4,3 km e enlace total de 6,4 km. O sistema conseguiu distinguir entre essas duas fibras e além disso, o sistema identificou a diferença de deformação intrínseca de aproximadamente 1000 µ?. Este valor de deformação correspondendo à variação de 1,3 ps sobre a Atraso Diferen-cial de Grupo (DGD) na fibra de alta PMD. Nesta dissertação foi também proposta uma técnica para separação das informações de temperatu-ra e deformação usando uma única fibra, bem como sua formulação matemática baseada no em-prego da matriz inversa de Moore¿Penrose. Foram realizadas simulações matemáticas e experi-mentos reais. Os resultados de simulação comparam erros de desvio padrão entre o método pro-posto empregando múltiplos comprimentos de onda dentro da banda C, com a literatura que por sua vez propõe uma técnica com dois comprimentos de onda em diferentes bandas ópticas: 1310 nm e 1550 nm. Os resultados demostram uma melhoria de duas ordens de grandeza na precisão da temperatura e da deformação. Experimentalmente, a técnica foi aplicada em dois casos. No primeiro deles mantinha-se a fibra sem deformação, variando-se apenas a temperatura, enquanto o segundo teste mantinha a temperatura fixa e enquanto variava-se a deformação aplicada. No pri-meiro caso, o método funcionou com sucesso para diferentes valores de variação térmica ?T (15, 30 e 45°C) aplicados. No segundo caso, a convergência foi alcançada apenas para ?? = 150 µ?. Por fim, foi realizada uma análise comparativa entre o sistema T-BOTDA aperfeiçoado e um transponder baseado no espalhamento Raman. Nesta etapa, foi empregado três rolos de fibra óp-tica, somando 12 m e o OTDR foi configurado para a resolução de 2 m. Os resultados finais desta análise mostraram que o T-BOTDA possui sensibilidade de aproximadamente nove vezes maior e 10dB a mais de potência do sinal contrapropagante que o transponder Raman. Nesta mesma seção do trabalho foram apresentados resultados de uma implementação baseada na automação do ar-ranjo experimental, visando o desenvolvimento de um protótipo T-BOTDA. A caracterização mostrou coerência com a literatura, pois, o coeficiente de temperatura encontrado foi de 1,028 °C/MHz, comparável ao da literatura (1,119 °C/MHz) Abstract: This work presents the study and development of a transponder for use with a Time Domain Opti-cal Reflector (OTDR) in distributed sensing applications through the Brillouin optical scattering phenomenon. The technique of Brillouin Optical Time-domain Analysis (BOTDA), which is based on stimulated Brillouin optical backscattering, was used to enable the conversion of a conventional OTDR into a complete BOTDA system. The BOTDA transponder (or T-BOTDA) developed in this work employs a single light source simplifying the system and increasing its reliability. The developed T-BOTDA was used in a link containing three single-mode fibers, where the test fiber had 100 m and the others 2.1 km and 6.1 km corresponding to a total of 8.3 km. The system identified the 100 m fiber by varying the temperature from 50°C to 60°C. The difference in Bril-louin frequency was 20 MHz, twice the expected value in the literature, although it has the same order of magnitude. In the second configuration, an SMF fiber was concatenated with a high PMD fiber (5.6 ps) with a length of 4.3 km and a total link of 6.4 km. The system was able to distinguish between these two fibers and in addition, the system identified the intrinsic deformation difference of approximately 1000 µ?. This deformation value corresponds to the variation of 1.3 ps on the DGD in the high PMD fiber. In this dissertation, a technique for separating temperature and deformation information was pro-posed as well as its mathematical formulation based on the use of the Moore-Penrose inverse ma-trix. Mathematical simulations and real experiments were performed. The simulation results com-pare errors of standard deviation between the proposed method using multiple wavelengths within the C band, with the literature that in turn proposes a technique with two wavelengths in different optical bands: 1310 nm and 1550 nm. The results show an improvement of two orders of magni-tude in the accuracy of temperature and deformation. Experimentally, the technique was applied in two cases. In the first one, the fiber was maintained without deformation, only changing the tem-perature, while the second test kept the temperature fixed and while varying the applied defor-mation. In the first case, the method worked successfully for different values of thermal variation ?T (15, 30 and 45 °C) applied. The second case, the convergence was only achieved for ?? = 150 µ?. Finally, a comparative analysis was performed between the improved T-BOTDA system and a transponder based on Raman scattering. In this step, three rolls of optical fiber were used; totaling 12 m and the OTDR was configured for a resolution of 2 m. The results of this analysis showed which the T-BOTDA has a sensitivity of approximately nine times greater and 10dB more counter-propagating signal power than the Raman transponder. In this same section of the present work, we present results of an implementation based on the automation of experimental setup. The char-acterization showed coherence with the literature, since the temperature coefficient found was 1.028 °C / MHz, comparable to the literature (1.119 °C / MHz) Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Mateus Giesbrecht, Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O espectro de vibração mecânica é uma característica do domínio da frequência utilizada para o monitoramento de sistemas diversos e é, tradicionalmente, calculado pela Transformada Rápida de Fourier (FFT) -- do termo em inglês Fast Fourier Transform -- de uma série temporal. Uma alternativa viável, com diversas vantagens operacionais, é o uso de microacelerômetros gêmeos para a obtenção do espectro diretamente no domínio da frequência. Essa estratégia possui sua maior limitação nas diferenças encontradas nos parâmetros físicos de acelerômetros -- devidas a seu processo de fabricação --, de tal forma que o nível de distorção do espectro pode ser consideravelmente superior àquele encontrado no espectro levantado pela FFT. Para contornar essas diferenças, neste trabalho a afinação do microdispositivo analisador de espectro é proposta através do ajuste das amplitudes das tensões de atuação dos acelerômetros. Para realizar a afinação, a Evolução Diferencial (DE, do termo em inglês Differential Evolution) é usada e o problema da afinação é abordado sob duas diferentes perspectivas de otimização: uma mono-objetivo e uma multi-objetivo. Para ambos os problemas de otimização, as funções objetivo e restrições são baseadas nas componentes da série de Fourier do ganho de malha fechada do sistema analisador de espectro -- composição essa que depende das tensões de excitação. Para a solução do problema de otimização multi-objetivo, o algoritmo DE é devidamente adaptado. As vantagens e desvantagens de ambas as estratégias de afinação são discutidas em detalhe, bem como os resultados obtidos para a aproximação do conjunto de Pareto. Esses resultados -- especialmente o compromisso distorção-sensibilidade -- são demonstrados e discutidos. A validade da estratégia de afinação proposta é evidenciada, uma vez que é capaz de determinar as amplitudes das tensões a serem aplicadas ao micro analisador de espectro para atender os requisitos de nível de distorção e sensibilidade Abstract: The mechanical vibration spectrum is a frequency-domain characteristic used for monitoring various systems and is traditionally calculated by the Fast Fourier Transform (FFT) of a time series. Another possible alternative, with several operational advantages, is the use of twin-microaccelerometers to obtain the spectrum directly in the frequency domain. This strategy has its greatest limitation in the differences found in the accelerometers physical parameters -- due to their manufacturing process --, such that the spectrum distortion level may be considerably higher than that found in the spectrum raised by the FFT. To overcome these differences, in this work the tuning of the spectrum analyzer microdevice is proposed by adjusting the accelerometers actuation voltages amplitudes. To perform the tuning, the Differential Evolution (DE) is used and the tuning problem is approached in two different optimization perspectives: a mono-objective and a multi-objective. For both optimization problems, the objective functions and constraints are based on the Fourier series components of the spectrum analyzer system closed-loop gain -- a composition that depends on the excitation voltages. To solve the multi-objective optimization problem, the DE algorithm is properly adapted. The advantages and disadvantages of both tuning strategies are discussed in detail, as well as the results obtained for the Pareto-set approximation. The results -- specially the distortion-sensitivity compromise -- are demonstrated and discussed. The validity of the proposed tuning strategy is evidenced, since it is able to determine the voltages amplitudes to be applied to the micro spectrum analyzer to attend the distortion level and sensitivity requirements Mestrado Automação Mestra em Engenharia Elétrica CNPQ 161153/2018-6

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Eficiência energética tem sido considerada um tema relevante até mesmo entre os consumidores domésticos de energia. De modo a economizar energia e, consequentemente, reduzir custos, é importante entender os hábitos referentes ao uso de energia elétrica dos usuários, bem como as características elétricas de seus eletrodomésticos. No entanto, muitas das soluções disponíveis para o que convencionou-se chamar de Casas Inteligentes (Smart- Homes, em inglês) são focadas puramente na automação residencial e não proveem informações elétricas para, de fato, planejar estratégias e técnicas para buscar a eficiência energética. Ao contrário dos dispositivos já disponíveis comercialmente, este trabalho se propõe a desenvolver uma Tomada IoT Inteligente de baixo custo que embarca funcionalidades de medição de energia não comuns a estes dispositivos. As medições elétricas referentes aos eletrodomésticos conectados à Tomada Inteligente serão acessíveis localmente e remotamente. Através da "etiquetagem elétrica" ¿ ou seja, das características elétricas que podem caracterizar determinado eletrodoméstico ¿ é possível que pesquisadores e programadores, desenvolvam técnicas de monitoramento de carga que, por sua vez, permitem aos usuários entender o consumo energético de seus eletrodomésticos. Assim, a Tomada Inteligente torna-se uma ferramenta essencial para pesquisadores estudarem o comportamento de dispositivos em um contexto de geração distribuída e cargas não lineares, além de prover aos usuários domésticos informação sobre seus eletrodomésticos e funcionalidades de automação residencial. Por fim, as funcionalidades da Tomada Inteligente foram avaliadas em três diferentes projetos que a utilizaram para medição de eletrodomésticos, integrando-a aos sistemas através de suas interfaces de comunicação Abstract: Energy efficiency is being considered an important aspect even for home users. In order to save energy and reduce costs, it is equally important to understand user habits regarding their energy usage and home appliances electrical characteristics. However, most of the smart home devices focus on automation and does not provide the necessary electrical data to better plan regarding energy efficiency. In contrast to on-the-shelf devices, it is proposed to develop a low-cost Smart Plug that embeds advanced energy metering features. Measured electrical parameters are easily available locally and remotely and provide full information about attached appliances. By "labeling" connected appliances and AC power characteristics, researchers and programmers are able to develop load monitoring research that improve users knowledge about their energy usage. Thus, the developed Smart Plug becomes an essential tool for researchers to better understand appliances in a context of distributed generation and non-linear loads, as well as provides end user information about energy usage while implements affordable home automation features. The features of the Smart Plug provides electrical data of attached appliances for three different projects, which makes it possible to assure the devices` behavior regarding the metering functionalities and the communication interfaces Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esse trabalho apresenta o projeto, desenvolvimento e caracterização de um sensor de temperatura. Descreve a metodologia empregada em projetos de circuitos integrados analógicos e faz uma síntese desses conceitos, através de um fluxograma. Características e definições de termos relacionados a área de projeto de sensores também são expostas. Adicionalmente, é feita uma revisão bibliográfica sobre os componentes semicondutores mais utilizados em medida de temperatura. Dedicando uma seção específica para as técnicas de medida que empregam os Transistores Bipolares de Junção (TBJ) como elementos sensores. E por fim, a topologia do sensor escolhido é apresentada, a qual tem por base um oscilador de relaxação. Este circuito, opera basicamente medindo a temperatura através de TBJs, o que resulta em sinais que são convertidos em uma saída digital de 1 bit, cuja razão cíclica é proporcional as mudanças da temperatura. O sensor desenvolvido pode ser utilizado em aplicações de uso geral, tendo potencial de ser embarcado por exemplo, em uma placa de circuito impresso e utilizado em sistemas como secadores de cabelo, secadores de roupa, refrigeradores, ar condicionado e outros. O sensorfoi projetado para operar em uma faixa de temperatura de -40 ºC a 125 ºC. Ele é constituído basicamente por quatro blocos: gerador de correntes, Schmitt trigger, chave de controle e capacitor. O gerador de correntes é responsável por gerar duas correntes, uma compensada em temperatura (IREF) e outra com variação Proporcional a Temperatura Absoluta (IPTAT) a qual é responsável por medir a temperatura. O sensor foi fabricado utilizando a tecnologia TSMC de 180 nm disponibilizada através do programa Mini@sic. Na caracterização o gerador de correntes forneceu IREF com TC de aproximadamente 50 ppm/ºC. A não linearidade da corrente IPTAT foi de aproximadamente 0,4%. Nas medidas de temperatura, o erro máximo pós calibração foi de ±0,68 ºC, a sensibilidade foi de 0,451%/ºC, a faixa dinâmica de 71% e a máxima não-linearidade foi de 1,54% Abstract: This thesis presents the design, development, and characterization of a temperature sensor. It also describes the methodology used in projects of analog integrated circuits and summarize these concepts, through a flowchart. Also, the features and definitions of terms related to sensor design are also explained. Additionally, a literature review of the most used semiconductor components used in temperature measurement is made. Devoting a specific section to the measurement techniques which employ the Bipolar Transistors (TBJ) as sensor elements. Also, the scheme of the chosen sensor is shown, which is based on a relaxation oscillator. This circuit basically operates by measuring the temperature using TBJs, which results in signals that are converted into a 1-bit digital output, which the duty cycle is proportional to temperature changes. The applications of the designed sensor are for general use, having the potential to be embedded, for example, on a printed circuit board and used in systems such as hair dryers, clothes dryers, refrigerators, air conditioning and others. The sensor was designed to operate in a temperature range of -40 ºC to 125 ºC. It consists basically of four blocks: current generator, Schmitt trigger, control switch and capacitor. The current generator is responsible for generating two currents: the first is temperature compensated (IREF) and the other is proportional to absolute temperature (IPTAT) which is responsible for measuring the temperature. The sensor was fabricated using the 180 nm TSMC technology made available through the Mini@sic program. In the characterization step, the current generator provided IREF with a TC of approximately 50 ppm/ºC. The non-linearity of the IPTAT was approximately 0.4%. In the temperature measurements, the maximum error after calibration was ± 0.68 ºC, the sensitivity was 0.451 %/ºC, the dynamic range was 71% and the maximum non-linearity was 1.54% Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta um dispositivo de baixo custo com capacidade de mensuramento de vibrações utilizando como dispositivo transdutor de vibração um acelerômetro triaxial MEMS (Microelectromechanical Systems) aplicado a máquinas que operam numa velocidade de até 4000 RPM. Este dispositivo é capaz de obter o espectro com qualidade até a sexta ordem, de fácil instalação, com conectividade sem fio, facilitando sua inserção à internet das coisas (IoT - Internet of Things) e totalmente opensource. Para selecionar o acelerômetro adequado à nossa aplicação, testes de bancada foram realizados utilizando um motor BLDC e uma bomba centrífuga. Diversas perturbações foram inseridas nos testes, como desbalanceamento, carga, cavitação, entre outros. A resolução do sensor escolhido foi capaz de fornecer dados suficientes para o processamento. Diversas técnicas de análise de dados foram utilizadas, tais como análise de gráfico tipo waterfall, regressão logística, linear SVM e redes neurais artificiais, e em todas delas foi possível diagnosticar as perturbações inseridas. O sistema apresentado utiliza dados pré-processados em um microcontrolador ESP 32 de baixo custo. O microcontrolador recebe os dados temporais de vibração e velocidade da máquina objeto de estudo, calcula a FFT do sinal de vibração nos eixos X e Y e envia os dados para um servidor de IoT em nuvem que os armazenada. O envio desse sinal é feito através de uma comunicação sem fio utilizando a tecnologia IEEE 802.11, conhecida popularmente como Wi-Fi. O sistema final consiste em uma placa de aquisição dos sinais de vibração e um software que faz o pré-processamento do sinal de vibração. O custo da produção do protótipo do nosso dispositivo é inferior a US$ 30,00 e atendeu aos objetivos propostos de custo, integração IoT, processamento da FFT do sinal de vibração e armazenamento de dados em nuvem. O software foi desenvolvido utilizando apenas linguagens de programação gratuitas. Todo o projeto está disponível em um repositório online (open hardware e open software), sendo este aspecto parte da contribuição geral dessa tese Abstract: In this work is presented a low-cost device with capability of vibration measurement using as vibration transductor device a MEMS (Microelectromechanical Systems) triaxial accelerometer applied in machinery which operates under speed of until 4000 RPM. This device is able to obtain a quality spectrum until sixth order, with easy installation, with wireless connection, facilitating its insertion into the internet of things (IoT) and totally opensource. Bench tests were made to select the accelerometer suitable for our application. It was used one BLDC motor and one centrifugal pump. Several disturbances were inserted in the tests, as unbalance, load, cavitation, among others. The resolution of the sensor chosen was able to provide data enough for processing. Different data analysis techniques were used, such as waterfall chart analysis, logistic regression, linear SVM and artificial neural networks, and in all of them were possible to diagnosis the disturbances inserted. The presented system uses preprocessed data in a low-cost ESP32 microcontroller. The microcontroller receives the time domain vibration data and the speed of the study machine object, and calculates the FFT from the vibration signal in the X and Y-axis and sends these data to an IoT cloud server that stores it. This signal is sent through wireless communication using the IEEE 802.11 technology, popularly known as Wi-Fi. The final system consists of an acquisition vibration signal board and software that do the pre-processing of the vibration signal. The prototype manufacture cost of our device is less than US$ 30.00 and met the proposed objectives of cost, IoT integration, vibration signal FFT processing, and cloud storage. The software was developed using only free programming languages. All the project is available in an online repository (open hardware and open software), being this aspect a parcel of the general contribution of this thesis Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutora em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A deformação da rede cristalográfica de um semicondutor gera variações em características elétricas importantes dos semicondutores, incluindo a mobilidade de portadores, impactando, assim, as características e os parâmetros de operação dos circuitos integrados. A deformação é causada pelo estresse mecânico remanescente, o qual é induzido na fabricação e, principalmente, através do processo de empacotamento. Sensores que podem ser integrados na superfície dos dispositivos são uma excelente ferramenta para quantificação tanto do estresse gerado, quanto da relação deste com as variáveis presentes no processo de empacotamento. Um tal processo possibilita identificar pontos críticos e reduzir o estresse, aumentando a produtividade final. Apresentamos neste trabalho uma série de piezo-transdutores octogonais baseados no efeito piezo-resitivo do silício, fabricados usando uma tecnologia CMOS comercial (XFABc06 ), que foram projetados para identificar os principais componentes do estresse mecânico paralelo à superfície ativa de circuitos integrados de silício. Como os dispositivos são totalmente compatíveis com a tecnologia CMOS, são excelentes ferramentas para identificar e mapear o estresse de forma não invasiva. Todo o projeto dos sensores foi baseado no efeito piezo-resistivo do silício e sustentado tanto em simulações de circuitos elétricos, quanto em simulações multi-fisícas de modelos de elementos finitos (FEM), usando ferramentas computacionais de projeto, como CADENCE Virtuoso® e COMSOL Multyphysic®. O primeiro modelo de sensor de estresse apresentado integra piezo-resistores com 4 orientações diferentes, em um único dispositivo octogonal, sendo denominado como sensor piezo-resistor de oito terminais (8TSP - Eight Terminal Silicon Piezotransducer). O sensor foi fabricado usando as mesmas camadas requeridas para um resistor de difusão tipo-n, e apresenta uma resposta em tensão bastante linear com o estresse. Ao polarizarmos o dispositivo em diferentes orientações foi possível estimar a orientação e magnitude do estresse uniaxial. Fontes de referência, multiplexadores analógicos e um circuito para compensar a deriva térmica foram implementados para construir uma solução completa para mapear o estresse. Um CHIP de teste de estresse com 32 destes dispositivos foi fabricado e usado para determinar o estresse em uma montagem de teste. Com os resultados da caracterização do primeiro protótipo, desenvolvemos uma segunda geração, substituindo os resistores por transistores piezoMOS. A fim de projetar um sensor de estresse mais compacto e com um consumo menor, integramos espelhos de corrente onde os transistores foram posicionados, obedecendo à diferentes orientações. Dois modelos foram fabricados usando transistores PMOS e NMOS. Os sensores apresentaram uma saída em corrente, a qual se mostrou menos susceptível ao ruído, podendo ser facilmente operada usando espelhos de corrente. Fontes de referência, portas de transmissão e um ADC de 1-bit foram integrados para construir uma solução completa. Um CHIP de teste de estresse com 64 destes dispositivos foi fabricado e usado para determinar o estresse em uma montagem de teste Abstract: Strain in the crystal lattice of a semiconductor material generates a drift in important electrical characteristics of the semiconductors, including the mobility of carriers and intrinsic carrier concentration, which also impacts the characteristics and operating parameters of the integrated circuits (ICs). This deformation is caused by the remaining mechanical stress, a random stress that is induced by fabrication process and, mainly, by the electronic packaging. In order to detect stress-related problems, sensors that can be integrated in the surface of the devices are an excellent tool to quantify the stress generated and its relation with the variables present in the packaging process, which allows to identify critical points and reduce stress, thus increasing the final yield and reliability of the devices. A series of piezo-transducers based on the piezo-resistive effect of silicon are introduced in this work, those devices were manufactured using commercial CMOS technology (XFABc06 ), and they are specially designed to study the main components of the in-plane mechanical stress along the active surface of silicon ICs. Because the devices are fully compatible with CMOS technology, they are non-invasive tools for identifying and mapping stress. The designs are based on the mathematical model of piezo-resistive effect in silicon and they are supported on electrical circuit simulations and multi-physics finite element models simulations using computational design tools such as CADENCE Virtuoso® and COMSOL Multyphysic®. The first stress sensor presented integrates piezo-resistors with 4 different orientations into a single octagonal device, so it is denominated as 8TSP - Eight Terminal Silicon Piezotransducer. The sensor was fabricated using the same layers required for a n-type diffusion resistor, and presents a fairly linear stress response. It was possible to estimate the orientation and magnitude of the uniaxial stress with a single device biased different orientations. A BandGap Reference generator, analog multiplexers and a circuit to compensate for thermal drift were integrated with the sensor to deliver a complete solution. A Stress-test CHIP with 32 of these devices was manufactured and used to map the stress along the CHIP. With the results from the characterization of the first prototype, we developed a second generation of the stress sensor, replacing the resistors by piezoMOS transistors. We integrate current mirrors, in which the transistors are positioned with different orientations to design a sensor of stress more compact and with a lower power consumption. Two models were fabricated using PMOS and NMOS transistors. The sensors have a current output, which is less susceptible to noise and can be easily operated using current mirrors. Reference current generator, current mirrors, transmission gates and a 1-bit ADC were integrated to build a complete solution. A CHIP stress test with 64 of these devices was manufactured and used to determine stress in a test set Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Fabiano Fruett, Claudio Floridia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho tem por objetivo o estudo de um sensor passivo de campo magnético baseado em fibra óptica para aplicação em geradores síncronos de grande porte, como os encontrados em usinas hidrelétricas. O princípio de funcionamento do sensor compreende o uso de grades de Bragg em fibra óptica, ou Fiber Bragg Gratings (FBG) associada a um material magnetostritivo, ou seja, um material que sofre deformações mecânicas devido à aplicação de um campo magnético. O sensor quantifica o campo magnético produzido pelos polos do rotor do hidrogerador para a detecção de curto-circuitos entre espiras adjacentes de um determinado polo. O sistema de monitoração compreende o sensor, a rede óptica, o equipamento de detecção, também chamado de interrogador, e o software de análise dos dados obtidos. A instalação do sensor foi feita nos dutos de ventilação do hidrogerador, simplificando o processo de fixação. Os resultados experimentais obtidos em campo mostram que a resposta do sensor é proporcional ao campo aplicado, com uma variação de amplitude do sinal de 160 a 200 picometros, para um campo com amplitude de 1 tesla, dependendo do posicionamento do sensor nos pontos de instalação. Além disso, foi calculada a correlação linear do sinal medido pelo sensor com a corrente de campo, temperatura do rotor e potência ativa do hidrogerador, obtendo-se 0,85, 0,87 e 0,85, respectivamente Abstract: This work aims to study a passive magnetic field sensor based on optical fiber for application in large synchronous generators, such as those found in hydroelectric plants. The operating principle of the sensor comprises the use of Fiber Bragg Gratings (FBG) associated with a magnetostrictive material, that is, a material that undergoes mechanical deformation due to the application of a magnetic field. The sensor quantifies the magnetic field produced by the hydro-generator rotor poles for the detection of short-circuits between adjacent turns of a given pole. The monitoring system comprises the sensor, the optical network, the detection equipment, also called the interrogator, and the obtained data analysis software. The sensor was installed in the ventilation ducts of the hydro-generator making the fixation process easier. The experimental results shows that the sensor response is proportional to the applied magnetic field, with amplitude varying from 160 to 200 picometers, with a field of 1 tesla, depending on the positioning of the sensor in the installation points. Furthermore, we calculate the linear correlation of the measured signal in relation to the field current, rotor temperature and active power of the hydro-generator, obtaining 0.85, 0.87 and 0.85, respectively Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma rede de sensores sem fio para medição de geração de painéis solares utilizando componentes de prateleira com custo reduzido. O sistema se baseia no conceito de internet das coisas e foi especialmente desenvolvido para medir e quantificar a geração de sistemas fotovoltaicos. Um concentrador foi desenvolvido, para gerência da rede sem fio, que também armazena os dados localmente e hospeda uma página HTML para acesso via rede local. Por sua vez, o acesso via internet é feito através do serviço Ubidots, onde apenas os dados já consolidados são enviados, diminuindo o trafego de rede. O sistema foi projetado para medir saídas DC do painel solar até 60~V de tensão e 30~A de corrente, com baixo consumo de energia. Um aplicativo para uso em computadores pessoais é utilizado para leitura dos bancos de dados e exibição para consolidação dos dados de concentradores, permitindo gerar relatórios de períodos em formatos XLS, CSV e PDF. A acurácia dos nós de medição foi aferida em uma comparação com um osciloscópio utilizando uma ponteira de corrente. O sistema foi implantado em campo para teste e a geração do painel mensurada. Desta maneira, concluímos que o sistema é adequado para microgeração, principalmente doméstica, agregando valor ao painel solar, possibilitando a seu usuário informações que o auxiliam a futuras expansões ou manutenções de seu parque solar Abstract: This work presents the development of a wireless sensor network for measuring the generation of solar panels using low cost off-the-shelf components. The system is based on the internet of things concept and was specially developed to measure and quantify the generation of photovoltaic systems. A hub was developed for wireless network management, which also stores data locally and hosts an HTML page for local network access. In turn, internet access is done through the Ubidots service, where only the already consolidated data is sent, reducing network traffic. The system is designed to measure solar panel DC outputs up to 60~V voltage and 30~A current, with low power consumption. An application for use on personal computers was developed for reading databases and viewing data from hubs for consolidating, allowing the user to generate period reports in XLS, CSV and PDF formats. The accuracy of the measuring nodes was measured in a comparison with an oscilloscope using a current tip. The system was deployed in the field for testing and the results analyzed. In this way, we conclude that the system is suitable for microgeneration, mainly domestic, adding value to the solar panel, allowing its user information that helps him to future expansions or maintenance of his solar park Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 1588669

Orientadores: Fabiano Fruett, Cid Marcos Gonçalves de Andrade Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho mostra o desenvolvimento dois diferentes sensores de umidade baseados em zeólitas. No primeiro caso, os sensores capacitivos interdigitais (IDC-S) foram fabricados sobre a superfície de substratos cerâmicos de Al2O3, utilizando distâncias entre eletrodos de 20 ?m e foram revestidos com filmes de zeólita do tipo LTA (Linde Tipo A) com relação Si/Al de 1,28. Espectroscopia de impedância complexa (IS) foi utilizada para medir a resposta do sensor, que foi relacionada com a variação na capacitância dos eletrodos interdigitais e, por sua vez, com as propriedades elétricas das zeólitas. Os sensores baseados em zeólitas foram caracterizados em termos dos efeitos das variações na umidade e temperatura na resposta do sensor. Os resultados mostraram que este sensor proporcionou mudanças de capacitância detectáveis em teores de água muito baixos (até 300 ppmv de H2O em N2), em uma faixa de temperatura variando de 25 a 100 °C, sendo, portanto, adequado para medições de traços de umidade, o qual apresentou (em 25 °C) uma variação relativa na capacitância do sensor de 13,04 %, em comparação aos 22,12%, obtidos de um sensor capacitivo baseado em zeólita A com relação Si/Al = 1,5, descrito na literatura. No segundo caso, foi feita a avaliação de um sensor de umidade baseado na zeólita ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-5). Os sensores capacitivos interdigitais foram fabricados sobre a superfície de substratos cerâmicos de Al2O3, com distância entre eletrodos de 20 ?m, e foram revestidos com filmes de ZSM-5. Os resultados indicaram que o sensor apresentou um bom desempenho (limite de detecção de ~ 7,32% RH) e ainda se mostrou adequado para uso em um amplo intervalo de condições ambientais (~ 39% RH - 96% RH). O sensor desenvolvido neste trabalho demonstra, portanto, uma melhoria no limite de detecção, em comparação com sensores baseados em outros materiais tais como poliamida (limite de detecção de 20% de RH) e TiO2 (limites de detecção de 10% a 30% de RH). Além disso, destaca-se como principal contribuição deste trabalho, o fato de que o sensor capacitivo de umidade proposto nesta tese, o qual foi projetado e desenvolvido utilizando-se Zeólita ZSM-5 como camada de detecção, ter apresentado uma sensibilidade de 73,7 mV/%RH dentro de uma faixa de umidade relativa de 39 a 96%RH, figurando assim uma posição de destaque junto ao rol dos sensores de umidade capacitivos do estado da arte, face ao, por exemplo, sensor de umidade baseado em óxido de grafeno, onde foi obtido uma sensibilidade de 28,4 mV/%RH, dentro de uma faixa de umidade relativa de 30 a 90%RH Abstract: This work presents the development of two different zeolite-based moisture sensors. In the first case, interdigital capacitive sensors (IDC-S) were fabricated on the surface of Al2O3 ceramic substrates, using electrode gaps of 20 ?m, and were coated with films of LTA-type (Lind Type A) zeolite with Si/Al ratio of 1.28. Complex impedance spectroscopy (IS) was used to measure the sensor response, which was related to the change in capacitance of the interdigital electrodes and, in turn, to the electrical properties of the zeolites. The zeolite-based sensors were characterized in terms of the effects of changes in humidity and temperature on the sensor response. The results showed that this sensor provided detectable capacitance changes at very low water contents (up to 300 ppmv of H2O in N2), at temperatures ranging from 25 to 100 °C, and was therefore suitable for moisture trace measurements, which presented (at 25°C), a relative change in sensor capacitance of 13.04%, compared to 22.12%, obtained from a capacitive sensor based on zeolite A with Si / Al ratio = 1.5, which has been described by literature. In the second case, evaluation was made of a humidity sensor based on ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil - 5) zeolite. Interdigital capacitive sensors were fabricated on the surface of Al2O3 ceramic substrates, with electrode gaps of 20 ?m, and were coated with films of ZSM-5. The results have indicated that the sensor has presented a good performance (detection limit of ~7.32% RH) and, besides, it was suitable for use under a broader range of environmental conditions (~39% RH - 96% RH). Thus, the sensor developed in this work therefore demonstrates an improvement in detection limit compared to sensors based on other materials such as polyamide (20% RH detection limit) and TiO2 (detection limits of 10% to 30% of RH). In addition, the main contribution of this work is the fact that the capacitive humidity sensor proposed in this thesis was designed and developed using Zeolite ZSM-5 as a detection layer, which presented a sensitivity of 73.7 mV /% RH within a relative humidity range of 39 - 96% RH, thus, placing a prominent position next to the list of state-of-the-art capacitive humidity sensors, for example, oxide-based humidity sensor of graphene, where a sensitivity of 28.4 mV /% RH was obtained, within a relative humidity range of 30 - 90% RH Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Fabiano Fruett, Claudio Floridia Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Sensores à fibra óptica distribuídos têm sido empregados para monitorar vários parâmetros, tais como temperatura, vibração, tensão mecânica, campo magnético e corrente elétrica. Quando comparados a outras técnicas convencionais, tais sensores são vantajosos devido a suas pequenas dimensões, imunidade a interferências eletromagnéticas, alta adaptabilidade, robustez a ambientes nocivos, dentre outros. Sensores acústicos distribuídos em particular são interessantes devido a sua capacidade em serem usados em aplicações tais como monitoração de saúde de estruturas e vigilância de perímetros. Através da análise em frequência da estrutura, por exemplo uma aeronave, uma ponte, um edifício ou mesmo máquinas em uma fábrica, é possível avaliar sua condição e detectar danos e falhas em um estágio primário. Tais soluções podem cobrir ambas as aplicações de detecção de intrusão e monitoração estrutural com mínimas adaptações no sistema sensor. Desta forma, vibrações e distúrbios pequenas estruturas com resolução de dezenas de centímetros e em grandes estruturas ou perímetros com alguns metros de resolução espacial e centenas de quilômetros de alcance podem ser detectadas. Outra característica útil desta solução baseada em fibra óptica é a possibilidade de ser combinada com técnicas de processamento digital de sinais, permitindo a detecção e localização de perturbações rápidas, reconhecimento de padrões de intrusão em tempo real e multiplexação de dados de superfícies estruturais para aplicações SHM. O principal objetivo desta tese é fazer uso desses recursos para empregar técnicas de DAS como soluções de tecnologias- chave para várias aplicações. Neste trabalho, as técnicas de phase-OTDR foram estudadas e as principais contribuições da tese focaram em trazer soluções inovadoras e validações para aplicações de vigilância e vigilância. Este doutorado teve um período sanduíche nas instalações da RISE Acreo AB, Estocolmo, Suécia, onde experimentos foram realizados e foi parte da 42ª Chamada CISB/Saab/CNPq Abstract: Distributed optical fiber sensors have been increasingly employed for monitoring several parameters, such as temperature, vibration, strain, magnetic field and current. When compared to other conventional techniques, these sensors are advantageous due to their small dimensions, lightweight, immunity to electromagnetic interference, high adaptability, robustness to hazardous environments, less complex data multiplexing, the feasibility to be embedded into structures with minimum invasion, the capability to extract data with high resolution from long perimeters using a single optical fiber and detect multiple events along the fiber. In particular, distributed acoustic sensors (DAS) based on optical time domain reflectometry (OTDR), are of high interest, due to their capability to be used in applications such as structural health monitoring (SHM) and perimeter surveillance. Through the frequency analysis of a structure, for instance an aircraft, a bridge, a building or even machines in a workshop, it is possible to evaluate its condition and detect damages and failures at an early stage. Also, OTDR based solutions for vibration monitoring can be easily adapted with minimum setup modifications to detect intrusion in a perimeter, a useful tool for surveillance of military facilities, laboratories, power plants and homeland security. The same OTDR technique can be used as a non-destructive diagnostic tool to evaluate vibrations and disturbances on both small structures with some dozens of centimeters¿ resolution and in big structures or perimeters with some meters of spatial resolution and hundreds of kilometers of reach. Another useful feature of this optical fiber based solution is the possibility to be combined with high-performance digital signal processing techniques, enabling fast disturbance detection and location, real-time intrusion pattern recognition and fast data multiplexing of structure surfaces for SHM applications. The main goal of this thesis is to make use of these features to employ DAS techniques as key enabling technologies solutions for several applications. In this work, OTDR based techniques were studied and the thesis main contributions were focused on bringing innovative solutions and validations for SHM and surveillance applications. This PhD had a sandwich period at Acreo AB, Stockholm, Sweden, where experimental tests were performed and it was part of the 42ª CISB/Saab/CNPq Cal Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutora em Engenharia Elétrica CAPES CNPQ 202816/2015-0

Orientador: Fabiano Fruett Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O laboratório em um chip (lab-on-a-chip) é um dispositivo microfluídico desenvolvido com a finalidade de realizar análises químicas tradicionais em apenas alguns centímetros quadrados de um único chip. A redução de tamanho possibilita análises químicas mais rápidas, com menor custo, mais confiáveis e portáteis. Os principais desafios desta integração estão na manipulação de pequenas quantidades de fluido (bombeamento), na mistura adequada (misturador) e no sensoriamento das diversas atividades do fluido, como a detecção da proporção e tipo de fluido existente. Portanto, os micromisturadores, as microbombas e os microsensores integrados são unidades básicas e essenciais para o desenvolvimento e viabilização de diversas aplicações dos laboratórios em um chip. Neste contexto, nós desenvolvemos um atuador e um sensor capacitivo interdigitado capaz de avaliar a permissividade elétrica de fluidos dentro de um lab-on-a-chip. A fabricação desses componentes emprega técnicas compatíveis com a microeletrônica e com a microfluídica resultando em dispositivos com substrato de vidro e microcanais em polidimetilsiloxano (PDMS). Propomos um atuador eletromagnético baseado na integração de um ímã permanente de liga de neodímio, ferro e boro (NdFeB) com uma membrana PDMS, enquanto um eletroímã, externo ao dispositivo, foi utilizado para promover o deslocamento do ímã. O atuador, que pode ser utilizado no bombeamento de fluidos em microcanais, foi apresentado e avaliado por meio de simulação e fabricação. Investigamos ainda as vantagens e desvantagens de diferentes morfologias para os eletrodos interdigitados planares com o objetivo de aumentar a sua sensibilidade por área ocupada. Comparada aos eletrodos interdigitados tradicionais, os eletrodos interdigitados em forma de anel, utilizando a mesma área, fornecem um incremento de capacitância de até 30fF. Enquanto a capacitância devido a permissividade do fluido varia na ordem de unidades de femto Faraday. Além de aprimorarem a sensibilidade, os eletrodos em forma de anel são mais adequados a aplicações que exigem gotejamento uniforme de compostos ou substâncias seletivas ao analito alvo. Após a simulação utilizando o método de elementos finitos (FEM), nós detalhamos a caracterização e aplicação dos protótipos do microsensor e dos atuadores. Os resultados da caracterização dos atuadores provaram que sua atuação magnética é adequada para os microssistemas de laboratório em um chip uma vez que são capazes de promover pressões superiores a 700Pa no interior dos microcanais. Além disso, demonstramos que a fabricação utilizada é um método de baixo custo e eficiente para a prototipagem rápida de dispositivos biocompatíveis e descartáveis, uma vez que utiliza materiais inertes e técnicas convencionais da microeletrônica. Finalmente, apresentamos componentes microfluídicos preparados para integração em lab-on-a-chip capaz de bombear, misturar e medir a permissividade de fluidos em microcanais. O circuito de condicionamento proposto para o sensor, alimentado por uma bateria, é capaz de comunicar sem fio com um hardware instalado na porta serial de um computador, garantindo sua portabilidade, enquanto os dados são apresentados por um Instrumento Virtual (IV) desenvolvido em LabView® Abstract: Lab-on-a-chip is a microfluidic device intended to bring traditional chemical analysis on the few square centimeters of a single chip. The miaturization enables faster chemical analysis at lower costs, with more reliable and portable devices. The main challenges of this integration are on manipulating small amounts of fluid (pumping), on the adequate mixing and sensing the proportion and type of the existing fluid. Therefore, micromixers, micropumps and integrated microsensors units are essential for the development and viability of various lab-on-a-chip applications. In this context, we have developed a micropump, a micromixer, and an interdigitated capacitive sensor capable to evaluate the electric permittivity of fluids in a lab-on-a-chip. The manufacture of these components employs techniques compatible with microelectronics and microfluidics, resulting in devices based on glass substrate and polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels. We propose electromagnetic actuators integrating neodymium, iron and boron (NdFeB) permanent magnet with PDMS elastomer while an electromagnet, external to the device, was used to perform the displacement of the magnet. The actuator, which can be used for pumping fluids in microchannels was presented and evaluated by simulation, and fabrication. We also investigate the advantages and disadvantages of some planar interdigitated electrodes morphologies in order to increase their sensitivity by occupied area. Compared to traditional interdigitated electrodes, interdigitated ring-shaped electrodes provide a capacitance increment up to 30fF. While the capacitance due to the permittivity of the fluid varies in the range of femto Faraday. In addition, the ring-shaped electrodes are more suitable for applications requiring uniform drip compounds or substances selective to the target analyte. After present the finite element method simulation (FEM), we have shown the characterization and application of microsensor and actuators prototypes. The results of the magnetic actuators characterization have proved that their performance is adequate for lab-on-a-chip microsystems since they are capable of generating pressures greater than 700Pa inside the microchannel. Furthermore, we demonstrated that the fabrication uses an efficient and low cost method for rapid prototyping of disposable biocompatible devices since it uses inert materials and conventional microelectronic techniques. Finally, we show that the microfluidic components are prepared for the lab-on-a-chip integration being capable of pumping, mixing and measuring the permittivity of fluids in microchannels. The sensor conditioning circuit, powered by a battery, is able to communicate wirelessly with a hardware installed on the serial port of a computer, ensuring its portability, while the data is presented in a Virtual Instrument (IV) developed in LabView® Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica CAPES

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema eletrônico, baseado em microsenso-res inerciais e magnéticos, destinado a reconhecer condutas fora do padrão do modo de condução rodoviária, que permitam identificar e analisar os eventos tais como ziguezague, lombadas, frea-das bruscas, entre outros, que potencializam acidentes e colisões. As informações são coletadas por diferentes sensores inerciais. Os limiares de aceleração e de velocidade angular são estabeleci-dos para cada eixo cartesiano do veículo. Um evento é gerado assim que um dos limiares é ultra-passado. As informações provenientes dos sensores durante um determinado período de tempo que envolve cada evento são gravadas, incluindo sua localização geográfica fornecida pelo GPS. O processamento da informação é feito na plataforma de desenvolvimento "Freescale Freedom Board". Toda a informação é armazenada em um cartão de memória e posteriormente visualizada em uma interface gráfica. Esta informação permite caracterizar o modo de condução do motorista e os locais que requerem maior atenção em uma área monitorada Abstract: This dissertation presents the development of an electronic system, based on inertial and mag-netic microsensors used to recognize driving behaviors out of normality. For potential accidents and collisions, this system permits to identify and analyze events as zigzags, speed bumps, instanta-neous breaking and others. The information is taken from different inertial sensors. The accelera-tion and angular velocity threshold established along each Cartesian axis of the vehicle generates an inertial event when exceeded. The sensors record the information during a determined period including the geographical location given by the GPS module. The information processing is done in a developing platform, where all of the data is recorded on a memory card and visualized in a graphic interface. This recorded information allows the characterization of the driver's driving behavior and the locations that require special attention Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os transdutores de efeito Hall são os sensores magnéticos mais populares, porém, a tensão de offset e deriva de suas características limita o número de aplicações nas quais são usados. A principal fonte de variação é o estresse mecânico remanescente na estrutura cristalina, relacionado aos piezo-efeitos presentes em materiais semicondutores, gera tensão de offset e influencia a sensibilidade do dispositivo. Apresentamos neste trabalho um sensor Hall com oito contatos, fabricado usando uma tecnologia CMOS comercial (XFABc06), que foi projetado para estudar a influência dos diferentes efeitos nas direções cristalográficas e . Este dispositivo foi projetado para ser usado tanto como placa Hall como elemento piezo-resistivo, já pensando em pesquisas futuras e mais detalhadas sobre a correlação entre os efeitos Hall e piezo-resistivo, o denominado efeito piezo-Hall. Finalmente, modelando o dispositivo como uma ponte resistiva, analisamos as principais técnicas usadas para a redução de ruido e tensão de offset em sensores Hall. Utilizando este desenvolvimento como base, projetamos um sensor magnético com redução de tensão de offset, onde a técnica de giro de corrente é implementada usando a placa Hall octogonal, fontes de corrente e portas de transmissão analógicas. A placa Hall foi integrada monoliticamente com o circuito eletrônico de condicionamento de sinais. Medidas experimentais evidenciam uma redução da tensão de offset remanescente de 99%, comparado ao observado na placa Hall octogonal Abstract: Hall Effect transducers are the most popular kind of magnetic sensor; however, the offset voltage and drift of their characteristic have limited their usability. The main source of variation is the remaining mechanical stress in the crystalline silicon structure, related to the piezo-effects in the semiconductor materials, it has an important influence in the offset and the sensitivity of the device. This work introduced an eight terminal Hall plate fabricated using a commercial CMOS process (XFABc06), which was used to study the different effects in the main crystallographic directions, which is suitable to measure the cross side effect between both Hall and piezo-resistive effects, which is called Piezo-Hall effect. Finally, we analyzed Hall-plate devices as four-terminal resistance bridges to determine the main sources of error and explained how current-spinning technique can be used to effectively reduce offset and noise. Based on this analysis, an improved magnetic sensor was designed using the eight terminal octagonal Hall plate and a chopped-based control circuit. We integrated monolithically the sensor, switches, digital control and bias circuit that are required to implement the current-spinning technique. Experimental results showed a 99% offset reduction compared with the original offset level measured at Hall plate Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CTI

Orientadores: Fabiano Fruett, Claudio Floridia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Neste trabalho foi proposto e demonstrado experimentalmente uma técnica para medição de Dis-persão dos Modos de Polarização (PMD) distribuída em enlaces ópticos baseada no uso de Refle-tômetro Óptico no Domínio do Tempo (OTDR) e de polarização da luz. A motivação deste traba-lho reside no constante aumento da demanda por informação e transmissão de dados, fato que tem causado a evolução de sistemas de comunicação óptica para operar em elevadas taxas de bits. Estes sofisticados sistemas de comunicação requerem sensores paramétricos precisos, exatos, estáveis e capazes de monitorar os parâmetros dos enlaces de fibra óptica e sinais ópticos que compõe esta rede. Dentre os parâmetros a serem monitorados está a PMD, dispersão modal que defasa os modos de polarização de um sinal óptico, causando o alargamento temporal do pulso óptico transmitido. Este alargamento aumenta a interferência inter-simbólica do sinal e, conse-quentemente, degrada o desempenho da recepção do sinal. Foi realizada uma revisão bibliográfica a fim de identificar os métodos propostos até o momento para medição de PMD de primeira ordem, também conhecida como Atraso Diferencial de Grupo (DGD). Os métodos analisados compreenderam tanto medições ponto a ponto quanto medições distribuídas de DGD. Ao final da revisão, concluiu-se que, dentre as técnicas propostas até o momento, as que apresentam maior vantagem são as que possibilitam a medição distribuída da PMD ao longo do enlace. Desta forma, não é necessário desconectar cada trecho de fibra do enla-ce para medir sua DGD separadamente, economizando tempo, investimento financeiro e deslo-camento de operadores por longas extensões. Visando este cenário, foi definida como meta deste trabalho a proposta de um método capaz de localizar, qualitativa e quantitativamente, trechos de elevada PMD em um enlace óptico. Para atingir esta meta foi proposta neste trabalho uma técnica baseada em polarização da luz e refletometria óptica no domínio do tempo (pOTDR). Esta técnica se destaca por sua simplicidade de implementação e o uso de componentes passivos, sendo o OTDR o único instrumento ativo. O método proposto foi testado em enlaces ópticos laboratoriais e em uma rede óptica de tráfego real. A técnica proposta é inovadora e o estudo detalhado do estado da arte de métodos de medir PMD em fibras ópticas provou que sua concepção e validação foram ambas realizadas pela pri-meira vez que se tenha conhecimento Abstract: In this work was proposed and experimentally demonstrated a Polarization Mode Dispersion (PMD) distributed measurement technique based on Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) and optical polarization. The main motivation of this research is the constant growth of information and data traffic demands, which leads the evolution of optical communication systems to operate on higher data rates. These sophisticated communication systems require parametric, precise and stable sensors; able to monitor the optical fiber links parameters and the propagating optical signals condition. Among the monitored parameters is the PMD, a modal dispersion that delays the polarization modes of a propagating optical signal over an optical fiber. This dispersion results in a pulse broadening in time domain, causing inter-symbol interference (ISI), which degrades the received signal performance. It was performed a state of the art bibliographic review in order to identify the first order PMD monitoring methods proposed so far. The analyzed methods cover both point-to-point and dis-tributed PMD measurement. After the review, it was concluded that the most advantageous meth-ods are those that allow PMD distributed measurement along a fiber link. Therefore, it excludes the need of disconnect each fiber section link to point-to-point measure its global PMD. It saves time, finantial investment and technician displacement through long distances. In this sceneraio, it was defined as target of this work the proposal of a method capable to localize, quantitatively and qualitatively, high PMD sections in an optical fiber link. In order to achieve this goal, it was proposed a technique based on optical polarization and optical time domain reflectometer (pOTDR). This technique stands out for its implementation simplicity and the use of passive optical elements, besides the OTDR. The proposed method was tested both in laboratorial and field optical links. The detailed state-of-the art studies of PMD monitoring techniques proved that the conception and validation of the proposed method was performed for the first time known. Keywords: Polarization. Sensor. Fiber Optics. PMD. OTDR Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestra em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A integração de sistemas microeletrônicos em lab-on-a-chip está sendo cada vez mais necessária para concretizar novas aplicações dentro do emergente campo da microfluídica. Tanto na química quanto na bioquímica e até mesmo na medicina e bioengenharia, a microfluídica evolui conquistando um espaço crescente. Entretanto, desafios tecnológicos residem na sua complexa fabricação e integração com sistemas eletrônicos. Neste trabalho, foi desenvolvido um sistema sensor que emprega métodos de fabricação compatíveis tanto com a microeletrônica quanto com a microfluídica. Este sistema sensor é baseado em uma microponte de impedância composta por quatro capacitores interdigitados. Neste sistema, o fluido, guiado por um canal ou armazenado em um reservatório fabricado em polidimetilsiloxano (PDMS), passa sobre a microponte enquanto um termistor, fabricado no mesmo substrato, permite monitorar a temperatura do sistema durante a medida. A microponte é formada de eletrodos interdigitados arranjados de forma a permitir a utilização de um circuito eletrônico de condicionamento que pode ser construído bem próximo do elemento sensor. O trabalho foi validado comparando-se a função de transferência experimental do sensor, usando como analito a mistura etanol-água, com a função de transferência teórica obtida através de simulação baseada em elementos finitos. Identificamos a importância da deposição de um filme fino de boa qualidade para a proteção dos eletrodos de referência e sua influência na função de transferência experimental. Ainda, devido à utilização de materiais inertes como ouro, vidro e PDMS, o sistema sensor, com alguns ajustes, pode ser empregado para outras aplicações: desde o monitoramento da pureza e concentração de líquidos até a caracterização de filmes finos sensíveis a patógenos e fármacos Abstract: The integration of microelectronic systems in lab-on-a-chip is being increasingly required to implement new applications on the emerging field of microfluidics. Both in chemistry and biochemistry, and even in medicine and bioengineering, microfluidics evolves gaining a growing space. However, technological challenges lie in its complex manufacturing and integration with electronic systems. In this work, we developed a sensor system that employs both fabrication methods compatible with microelectronics and with microfluidics. This sensor system is based on an impedance microbridge composed of four interdigitated capacitors. In this system, the fluid which is guided by a channel or is stored in a reservoir made of polydimethylsiloxane (PDMS), passes over the microbridge while a thermistor fabricated on the same substrate allows monitoring of the system temperature during the measurement. The microbridge is made of interdigitated electrodes arranged so as to allow the use of an electronic conditioning circuit that can be built very close to the sensor element. The study was validated by comparing experimental transfer function of the sensor, using the ethanol-water mixture as analyte, with the theoretical transfer function obtained by simulation based on finite element method. We identified the importance of depositing a good quality thin film for the protection of reference electrodes and its influence on experimental transfer function. Also, due to the use of inert materials such as gold, glass and PDMS, the sensor system, with some adjustments, can be used for other applications: from monitoring of the concentration and purity of liquid to the characterization of thin films sensitive to drugs and pathogenic agents Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Sensores de umidade relativa do ar estão sendo cada vez mais utilizados em sistemas de controle e aquisição de dados. Estes sensores são facilmente encontrados em estufas, automóveis, refrigeradores, equipamentos médicos, eletrodomésticos, instrumentos de precisão e outros. Mais recentemente, com o crescimento do mercado agrícola no Brasil, a demanda por sensores de umidade vem crescendo substancialmente. Este trabalho e dedicado ao estudo de um sistema sensor de umidade por detecção de ponto de orvalho utilizando uma ponte de impedância. A ponte de impedância foi microfabricada diretamente sobre um substrato de alumina que compõe uma pastilha Peltier. Um termistor também micro fabricado no mesmo substrato fornece o sinal necessário para a detecção do ponto de orvalho. A face fria da pastilha Peltier e resfriada ate alcançar a temperatura do ponto de orvalho do ar ao seu redor. Este resfriamento resulta na saturação do vapor de d'água presente no ar, fazendo com que gotículas de água condensem sobre o substrato de alumina. A condensação de água sobre os eletrodos da ponte de impedância causa um desbalanceamento que gera um sinal de controle para a pastilha Peltier. As temperaturas no limiar de condensação e ambiente são utilizadas no calculo da umidade relativa. Este sensor de umidade foi projetado para que alguns requisitos com relação a resistência contra contaminantes e baixa histerese fossem alcançados Abstract: Sensors for relative humidity are being increasingly used in control systems and data acquisition. These sensors are easily found in greenhouses, cars, weather equipment, medical equipment, appliances, etc.. More recently, with the growth of the agricultural market in Brazil, the demand for humidity sensors has been growing substantially. This work is dedicated to the study of a humidity sensor for dew point detection using an impedance bridge. The impedance bridge was microfabricated directly on an alumina substrate that comprises a Peltier device. A thermistor also microfabricated on the same substrate control the temperature of the Peltier device to the threshold where the dew point produces the saturation of water vapor in the air. The cold face of the Peltier device is cooled until it reaches the dew point temperature. This cooling results in saturation of water vapor in the air, around the side of the Peltier device causing water droplets to condense on the alumina substrate. Water condensation on the electrodes of the impedance bridge causes an imbalance that generates a control signal to the Peltier device. The temperatures measured at the threshold of condensation along with ambient temperature are used to calculate the relative humidity. This sensor was designed to fulfill some requirements related to resistence to contaminants and low hysteresis Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Apresentamos neste trabalho a fabricação e a caracterização de um sensor de pressão totalmente compatível com a tecnologia CMOS. Este sensor é constituído por quatro piezoresistores, implantados e dispostos em ponte de Wheatstone. Os processos de fabricação do sensor foram todos realizados no Centro de Componentes e Semicondutores (CCS) - Unicamp. A membrana do sensor foi obtida através de um processo de desbaste mecânico do die que foi colado em uma placa de alumina. O alinhamento da colagem foi baseado em um orifício central. O sensor encapsulado apresentou sensibilidade de 0.32mV/psi. Além disso, projetamos uma fonte de referência em tensão do tipo Bandgap. Nesta fonte de referência usamos uma técnica para minimizar os gradientes de estresse mecânico, a maior fonte de não-idealidade desta fonte de referência e permitiu estudarmos a deriva térmica da sensibilidade da ponte Abstract: We presented in this work the fabrication and the characterization of a pressure sensor totally CMOS compatible. This sensor is arranged by four p-type silicon piezoresistive implanted in a Wheatstone bridge. The fabrication processes were all performed at the Center for Components and Semiconductors (CCS) - Unicamp. The membrane was obtained by a mechanical polishing process of the die that was attached by RTV (Room Temperature Vulcanization) on an alumina substrate. The attach alignment was based on the center of the vent hole. The packaged sensor showed a sensitivity amounts to 0.32mV/psi. Also, a Bandgap voltage reference was designed. In such voltage reference uses a technical to minimize gradients such as mechanical stress, the main non-ideality source to such voltage reference and it allowed the drift thermal analysis of the bridge sensitivity Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de frutas e hortaliças. No entanto as perdas de produtos hortículas, devido a danos físicos e estresse térmico, são estimadas em cerca de 30%a 40%, podendo chegar a 50 % para certos produtos. As perdas pós-colheita de hortícolas tem início na sua colheita e pode culminar em seu descarte antes mesmo deste chegar ao consumidor final. O conhecimento das variáveis geradoras deste desperdício, suas influências e inter-relações pode colaborar para minimizar o problema. Apresentamos neste trabalho um instrumento capaz de monitorar os impactos e a temperatura durante a colheita e pós-colheita. Este instrumento, denominado Fruta Eletrônica, foi projetado para ser uma ferramenta acessível ao produtor rural. A esfera instrumentada mede e armazena impactos tri-axiais na faixa de 0,5g até 250g e temperatura na faixa de 0° C até 80º C. Testes em campo realizados em uma linha de beneficiamento de laranjas na cidade de Eng. Coelho, SP, mostram que esse instrumento pode fornecer informações úteis que colaboram na identificação dos pontos de estresse mecânico e térmico, os quais os frutos são submetidos. Abstract: Brazil is one of the largest worldwide producers of fruit and vegetables. However, the loss of horticultural products due to physical damage and thermal stress is estimated at about 30 % to 40 %, even 50 % for certain products. The process that degrades the quality of vegetables starts during its harvest and can culminate in its disposal even before reaching the final consumer. The knowledge of the variables that act in this waste generating process, their influences and inter-relationships can help to minimize the problem. In this work, we present a tool capable of monitoring the impacts and temperature during the postharvest. This instrument, called Fruta Eletrônica, was designed to be an accessible tool for the farmers. This instrument measures and stores triaxial impacts from 0.5 g to 250 g and temperatures between 0 °C and 80 °C. Field tests, carried out in an orange packing line treatment in Eng. Coelho city, show that this instrument can provide useful information to assist identifying the points of mechanical and thermal stress in which fruits are submitted. Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Apesar de existirem várias ferramentas tecnológicas para o auxílio do treinamento esportivo, a maioria delas são soluções de alto custo e geralmente específicas para um esporte em particular, o que dificulta a difusão de tais tecnologias no país. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um protótipo eletrônico microcontrolado de baixo custo, baseado no uso de sensores microeletromecânicos (MEMs) de aceleração e rotação que permitam obter informações biomecânicas do esportista e monitorá-lo durante o treinamento, e de maneira não invasiva sem que ele tenha que sair do ambiente natural de sua atividade. O sistema envia as informações dos sensores via RF para serem processadas no computador através de um programa de interface intuitivo e de fácil operação desenvolvido no LabVIEWr. Esta interface salva e apresenta os dados em forma de gráficos em tempo real. Os testes de campo foram feitos em bicicleta estacionária e no velódromo de Americana com a colaboração do Laboratório de Instrumentação para Biomecânica (LIB) da Faculdade de Educação Física (FEF) da UNICAMP. O protótipo é de fácil fixação no atleta e permite o monitoramento no local de treinamento, com um alcance máximo de transmissão de 70 m, com resultados muito satisfatórios quanto a aquisição dos dados, sendo ainda pequeno (37x49x20 mm) e leve (40 g). Tornando-o uma alternativa versátil para o auxílio de atletas e treinadores durante o treinamento, aperfeiçoamento da técnica e como ferramenta de auxílio na pesquisa na área de educação física. Abstract: Although there are several technological tools to aid the training in sports, most of them are high cost solutions and generally very specific to a particular sport, which hinders the diffusion of such technologies. This paper proposes the development of a low cost non-invasive microcontroller Sport ActivitiesMonitoring System (SAMS) prototype, based on acceleration and rotation microelectromechanical sensors (MEMs) for obtaining biomechanical data during training in athletes, without leave the natural environment of their activities. The sensors signals are wireless transmitted from the SAMS to the computer in order to process the data, by an easy and intuitive program interface developed in LabVIEWr. This software saves and displays real time data information in a graphic form. The field tests were made by stationary bike in the laboratory of Instrumentation for Biomechanics, at the Faculty of Physical Education in the Campinas University (UNICAMP) in Brazil, and in a cycle track in Americana city. This prototype is easy to attach to the athlete and allows the training monitoring, with a maximum transmission range of 70 m, with very satisfactory data acquisition results, although small size (37x49x20 mm) and lightweight (40 g). Making it a versatile alternative to aid athletes and coaches during the training, allowing technique refinement. This system is also a suitable tool for physical education research area. Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho mostra o desenvolvimento, fabricação e caracterização de um sensor de umidade microeletrônico, baseado em um capacitor com dielétrico higroscópico. O dielétrico higroscópico foi obtido através da deposição via LPCVD em reator vertical. Imagens AFM mostraram que esta técnica de deposição permitiu que a morfologia do filme fosse otimizada para seu emprego como material higroscópico. Um circuito conversor baseado na técnica do capacitor chaveado foi implementado para converter a variação da capacitância, do sensor de umidade, em variação de tensão. Resultados experimentais indicaram uma sensibilidade máxima de 23.3mV/%RH para RH variando de 15%RH até 70%RH Abstract: This work present the development, fabrication and caractization of a microelectronic sensor, based on a capacitor with hygroscopic dielectric. The hygroscopic dieletric was obtained through LPCVD using a vertical reactor. Images obtained by Atomic Force Microscope ¿ AFM allowed to optimize the morphology of the hygroscopic dieletric. A circuit converter based on the switched-capacitor technique was implemented to convert the variation of the capacitance of the humidity sensor in voltage variation. Experimental results presented a maximum sensitivity of 23.3mV/%RH to RH ranging between 15%RH and 70%RH Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica