Departamento de Ingeniería Electrónica
Universidad de Sevilla


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El Grupo de Ingeniería Electrónica (GIE), en consonancia con su origen y localización en la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla, tiene como líneas de investigación el diseño de circuitos y sistemas electrónicos y microelectrónicos, digitales, analógicos y mixtos para su aplicación en sistemas de comunicación, control industrial y aeronáutica.


Microelectrónica Analógica y Mixta

El GIE tiene una amplia experiencia en microelectrónica analógica y mixta, especialmente en diseños de baja tensión de alimentación y bajo consumo. En este campo, y con financiación fundmentalmente procedente del Plan Nacional de I+D, el GIE ha propuesto:

  • Nuevas técnicas de diseño analógico basadas en transistores MOS de puerta flotante y quasi-flotante que están siendo ampliamente referenciadas y utilizadas por otros grupos de investigación.
  • Un nuevo circuito denominado "Flipped-Voltage Follower" (FVF) o Seguidor de Tensión Girado que ha dado lugar a nuevas celdas básicas (espejos, buffers, OTA´s, etc.) y a numerosas aplicaciones de muy bajo consumo y baja tensión de alimentación.
  • Nuevas técnicas de diseño de circuitos clase-AB, entre los que destacan los nuevos amplificadores clase-AB-AB y superclase-AB que han tenido una amplia aceptación al permitir alcanzar elevadas prestaciones con muy reducido consumo.
  • Aplicaciones de las técnicas anteriores al diseño de filtros, osciladores y circuitos de procesamiento analógico de la información, tanto lineales como no-lineales.
  • Nuevas arquitecturas de moduladores Sigma-Delta en tiempo discreto, tales como moduladores multifrecuencia y moduladores de doble cuantización robusta.
  • Nuevas arquitecturas de moduladores Sigma-Delta en tiempo continuo con filtrado inherente que permiten reducir el consumo en receptores móviles e inalámbricos.
  • Nuevos receptores para aplicaciones móviles e inalámbricas de muy bajo coste que incluyen en un mismo bloque un mezclador pasivo, un amplificador de ganancia programable y un convertidor Sigma-Delta complejo con filtrado inherente y mínimo consumo.
  • Nuevas arquitecturas de convertidores analógico-digital algorítmicos y pipeline de muy bajo consumo y elevadas prestaciones basados en funcionamiento en clase-AB y cancelación de no-idealidades.


Redes Inalámbricas Sensoriales, Internet of Things y Eficiencia Energética

          Redes Inalámbricas Sensoriales: en los últimos 7 años el Grupo de Investigación ha desarrollado una considerable actividad en el campo de las redes inalámbricas sensoriales de bajo consumo, con especial énfasis en el estándar IEEE 802.15.4, y su extensión ZigBee, pero incluyendo también RFID y áreas de ámbito personal como BlueTooth. En este sentido el Grupo ha desarrollado una tecnología propia incluyendo:

  • Nodos terminales con transceptores integrados y diferentes tipos de sensores (temperatura, humedad, presencia, presión, humos, etc.)
  • Pasarelas de comunicación con otros estándares de ámbito superior incluyendo Ethernet, GPRS/GSM, WiFi y estándares industriales como CanBus.

          Eficiencia Energética en Edificios e Instalaciones Industriales: el GIE se encuentra en la actualidad desarrollando una tecnología propia destinada al empleo de las tecnologías de la información y de las comunicaciones en la mejora del ahorro y eficiencia energética siguiendo las instrucciones derivadas de las Directivas Europeas. En este sentido el GIE colabora con diferentes empresas españolas y europeas en el diseño de nuevos productos destinados a:

  • Monitorización y control remoto de equipos de iluminicón y de climatización en edificios e instalaciones industriales.
  • Monitorización y control de equipos de microgeneración local (fotovoltaica y térmica) y su integración en la red de distribución.
  • Integración de la red de monitorización y control de edificios e instalaciones en la futura red inteligente de suministro de energía eléctrica.

Los principales sectores de aplicación donde se han tenido experiencias de éxito en los últimos años a través de generación de productos comercializables, destacan:

  • Smart Water: en esta línea destaca el desarrollo de productos de lectura remota de contadores de agua (mecánicos y electrónicos), sistemas de monitorización de redes de aguas, detección de fugas, reducción de las pérdidas tanto de agua como energéticas asociadas a la explotación de la red de abastecimiento y saneamiento.
  • Smart Energy: en esta línea se enmarcan todos los desarrollos relacionados con las tecnologías de información y comunicaciones que dan soporte a la gestión del Smart Grid.
  • Smart City: En esta línea se enmarcan todos los desarrollos relacionados con la gestión de la movilidad urbana, gestión de flotas, gestión de resigudos urbanos, monitorización de variables ambientales, gestión de parkings, etc. A ello se suman las aplicaciones de Smart Water y Smart Energy relacionadas con la gestión de la ciudad.
  • Smart Infraestructure: en esta línea destacamos los desarrollos relacionados con la monitorización de la salud estructural de infraestructuras críticas como puentes ferroviarios, vías de alta velocidad, etc. Además también son de destacar los sistemas de adquisición de datos distribuidos para la realización de certificaciones de normativa. También podemos destacar sistemas TIC relacionados con la gestión eficiente y mantenimiento de carreteras (COEX).

 

Fruto de las actividades de esta línea de investigación se han desarrollado diferentes proyectos de investigación en campos como la monitorización y control de procesos industriales, el seguimiento de personas ancianas o discapacitadas y la mejora de la eficiencia energética en edificios e instalaciones.

Estos proyectos han sido financiados por iniciativas europeas (ITEA2, ARTEMIS), nacionales (CENIT, AVANZA, PROFIT) y regionales (CTA Y CICE).



Microelectrónica Digital y Procesamiento Digital de la Información

Los componentes del GIE tienen una amplia experiencia en Microelectrónica Digital y en Procesamiento Digital de la Información. Los primeros diseños ASICs realizados por miembros del GIE datan del año 1990 y han estado soportado por acciones especiales del IV y V Programa Marco de la Unión Europea (acciones GAME y FUSE) y por proyectos RTD del IV V y VI Programa Marco. Es especial destacamos:

  • El Proyecto UNSHADES, constituido, a su vez, por un conjunto de proyectos destinados al desarrollo de sistemas basados en FPGAs para la depuración y test de circuitos integrados digitales de grandes dimensiones. El sistema, realizado en colaboración con la Agencia Espacial Europea, es especialmente útil en aplicaciones que exigen una gran fiabilidad en circuitos y componentes, típico de algunos sectores como el espacial, el aeronáutico y el automóvil.
     
  • Diseño de sistemas OFDM. EL GIE tiene una gran experiencia en el diseño de sistemas OFDM, tanto en ráfagas como en transmisión continua, habiendo desarrollado aplicaciones OFDM para comunicación por línea de potencia o PLC (proyectos POLICOM/Esprit-IVFP e INSONET/IST-VFP de la Unión Europea), para receptores inalámbricos en la banda de 5 GHz (proyecto CINT5G del Plan Nacional), y para receptores de televisión digital terrestre (DVB-T, DVB-T2) y móvil (DVB-H, DVB-SH). En este apartado, nuestro grupo ha propuesto nuevas técnicas de sincronización basadas en el dominio de la frecuencia y nuevas técnicas de diseño de bloques digitales para OFDM, y ha desarrollado una herramienta para simulación, diseño y depuración de sistemas OFDM denominada BROCOLI.
     
  • Diseño de sistemas electrónicos digitales con procesadores empotrados, destacando el empleo del procesador ARM7TDI con bus AMBA y otros procesadores de 8 y 16 bits.
     
  • Diseño de controladores integrados para máquinas eléctricas. Componentes del GIE han participado en el desarrollo de circuitos ASIC para el control integrado de máquinas eléctricas empleando técnicas de control vectorial, con y sin sensores. Estos diseños fueron financiados por acciones especiales GAME y FUSE de la Unión Europea y dieron lugar a circuitos comerciales de bajo coste y elevadas prestaciones.
     
  • Diseño de controladores para sistemas eléctricos de potencia. Componentes del GIE han participado en el desarrollo de circuitos basados en DSP y ASICs para la medida y control de sistemas eléctricos de potencia, incluyendo circuitos para la medida remota del consumo de energía, para la medida precisa de la fase en un nodo de la red eléctrica basado en un receptor GPS, y para la medida de diferentes parámetros eléctricos de la red destinados a la mejora de la calidad del servicio. Estos diseños han sido financiados por acciones especiales GAME y FUSE de la Unión Europa y por acciones de transferencia de tecnología del Plan Nacional y del Plan Andaluz de Investigación. 

 


 

Otras líneas de investigación del GIE

Otras líneas de investigación donde miembros del GIE han hecho diferentes aportaciones incluyen:

  • Circuitos de Acondicionamiento de señal para sensores, actuadores y sistemas de instrumentación (proyecto CAPONE del Plan Nacional de I+D).
  • Test de componentes y circuitos electrónicos, tanto digitales como analógicos y mixtos.
  • Diseño de placas de circuito impreso multicapa para aplicaciones basadas en dispositivos programables (FPGA) y Procesadores Digitales de Señal (DSP). 



Aplicaciones
 
Las principales líneas de aplicación de los diseños del GIE se encuentran en:
  • Circuitos de control industrial, inclyendo bloques digitales de procesamiento de información y circuitos de interface analógica de altas prestaciones y bajo consumo. En particular, para control de motores, acondicionamiento de señal para sensores y actuadores, y para medida del estado y calidad del servicio de una red eléctrica.
  • Transceptores integrados para comunicación por cable, en aplicaciones de PLC y xDSL, incluyendo tanto los bloques de sincronización y capa física (fundamentalmente en modulación OFDM), como los bloques de conversión y filtrado.
  • Transceptores integrados para comunicación inalámbrica especialmente, receptores integrados Bluetooth y en la banda de 5 GHz.
  • Sistema para test y para diseño fiable de circuitos integrados con aplicaciones espaciales, aeronáuticas y de automoción.
  • Internet of Things.


Laboratorios
 
El GIE dispone de diferentes laboratorios, de entre los que destacamos el Laboratorio de Caracterización y Test de Circuitos ELectrónicos y de Electrónica de Comunicaciones

Laboratorio

Figura. Laboratorio de Caracterización y Test de Circuitos Electrónicos y de Electrónica de Comunicaciones.

Este Laboratorio se emplea para labores investigación en medida y caracterización de circuitos microelectrónicos, desde nivel de oblea hasta sistemas completos de comunicaciones (ver figura). Tiene tres partes diferenciadas. La primera se basa en una máquina de puntas (E1) que permite la medida directa de parámetros eléctricos sobre oblea, es decir, sobre un circuito integrado sin encapsular. Para ello se dispone de un microscopio de hasta 500 aumentos, y de 10 microposicionadores (con precisión de una micra), con sus respectivas puntas de prueba, algunas de ellas, diferenciales y activas. El conjunto se monta sobre una mesa antivibratoria activa. La utilidad principal de esta estación es la medida paramétrica de circuitos integrados.

La segunda parte está dedicada a la medida y caracterización de sistemas analógicos y mixtos. Para ello se dispone de un analizador de red vectorial (E2) en la banda de 9 kHz a 4 GHz, que permite la medida precisa en magnitud y fase de un sistema electrónico, especialmente útil para la caracterización de amplificadores, filtros, osciladores y mezcladores. Se dispone también de un sistema para caracterización muy precisa de sistemas de audio (E3), permitiendo la generación y medida de señales con hasta 18 bits de precisión en la banda de audio. El equipo se completa con un osciloscopio color de alta gama (E4) de 500 MHz y 4 canales, con 5G/s de tasa de muestreo máxima.

La tercera parte está dedicada a la generación y medida de sistemas de comunicaciones. Para ello disponemos de un generador vectorial SMIQ (E5) y el correspondiente analizador de comunicaciones FSIQ (E6). El conjunto nos permite generar y analizar señales desde 300 kHz hasta 2,2 GHz (20 Hz a 3,5 GHz en el analizador) con diferentes tipos de modulación analógica y digital y diferentes formas de acceso, cubriendo, entre otros, los estándares GSM, GSM-EDGE, NADC, y WCDMA. El equipo se completa con un generador de formas de ondas arbitrarias (E7). El resto de equipos lo constituyen fuentes de alimentación, generadores de señal, generador de ruido y multímetro digital. Actualmente se está ínstalando un analizador lógico de 500 MHz y 50 canales.
El grupo cuenta con un módulo Generador SFU de Rohde & Schwarz, equipo multiestandar diseñado para la generación de señales de televisión digital (DVB-T, DVB-H, DVB-S, DVB-C, etc), así como módulos específicos  para mejorar y ampliar las prestaciones. 
En el año 2012 se han adquirido varios equipos entre los que destacamos: un Analizador de Señal modelo N9030A que permite como características únicas y diferenciales en su conjunto, en el mercado, tener un ancho de banda de análisis de hasta 160 MHz, la posibilidad de llegar a una frecuencia máxima de trabajo de hasta 325 GHz, con 7 slots para la expansión hardware. Un osciloscopio de 350MHz, 4+16 canales. Un Generador de Pulsos y Patrones que permite la posibilidad de ofrecer un voltaje de salida de 2Vpp con tiempo de transición típico (20/80) de 40ps, jitter de datos de 12 ps pp RMS y PRBS 25-1 A 231-1. Puede generar señales cuadradas sin ningún tipo de distorsión a 3,35Gb/s.
© 2005, R. Millán (Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad de Sevilla)