INNOVATIVE ANALOG AND MIXED-SIGNAL SOLUTIONS FOR PRECISE MEASUREMENT OF ELECTRICAL QUANTITIES IN POWER TRANSISTORS

This thesis presents the development of a mixed-signal multi-functional system for automotive applications and, in particular, for high-side current measurements, open-load detection and thermo-electrical stress protection. The system is composed of a tracking ADC featuring a triple-ranged resolution (coarse, fine and finest) in order to adapt to the system requirements and optimize the design in terms of area. The coarse range, designed for the full-scale input values [0A:100A], has a 5 b resolution and it is used for the stress detection feature. The fine and the finest ranges are used for lowest input current values [0A:14A] where more accuracy is required. Moreover, the system implements two protections functionalities: it is capable to detect a possible load detachment by processing the current measurements and it is able to estimate the wire temperature by digitally processing the ADC output and to signal if the cables heat up dangerously. The current monitoring and the protection feature are extremely important as a reliable and embedded system enables the car manufactures to design the vehicles harness more efficiently, by reducing the copper cables diameter, and therefore to save costs

Questa tesi presenta lo sviluppo di un sistema multifunzionale a segnali misti per applicazioni automobilistiche e, in particolare, per misure di corrente high-side, rilevamento di distacco dei carichi e protezione da sollecitazioni termoelettriche. Il sistema è composto di un ADC a inseguimento con diversa risoluzione (meno fine, fine e finissima) in tre intervalli per adattarsi ai requisiti di sistema e ottimizzare il design in termini di area. La risoluzione meno fine, usata per l’intero intervallo di valori d’ingresso di corrente [0A: 100A], ha fornisce 5 b e viene utilizzata per la funzione di rilevamento dello stress. Le risoluzioni fine e finissima sono utilizzate per i valori di corrente d’ingresso più bassi [0A: 14A] dove è richiesta una maggiore precisione della misura. Inoltre, il sistema implementa due funzionalità di protezione: è in grado di rilevare un eventuale distacco del carico elaborando le misure di corrente ed è in grado di stimare la temperatura del filo elaborando digitalmente l'uscita ADC e di segnalare se i cavi si riscaldano pericolosamente. Il monitoraggio della corrente e la funzione di protezione sono molto importanti poiché un sistema affidabile e integrato consente alle case automobilistiche di progettare il cablaggio dei veicoli in modo più efficiente, riducendo il diametro dei cavi in rame, e quindi di risparmiare sui costi.