Συντάχθηκε 30-04-2012 10:47
από Garantonaki Argyro
Email συντάκτη:
Ενημερώθηκε:
-
Ιδιότητα: -.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΣΜΑΡΑΓΔΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ
με θέμα
“Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Φίλτρων σε CM CMOS Tεχνολογία”
“Design Of Current Mode CMOS Integrated
Filters”
[Πέμπτη 10 Μαίου 2012, 12μμ]
[Αίθουσα 145Π42, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη]
Εξεταστική Επιτροπή
[Επ. Καθ. Mattias Bucher] (επιβλέπων)
[Aναπλ. Καθ. Μπάλας Κωνσταντίνος]
[Καθ. Καλαιτζάκης Κωνσταντίνος]
Περίληψη
Οι νέες τεχνολογίες στην ηλεκτρονική έχουν σπρώξει τα μεγέθη των τρανζίστορ σε όλο και μικρότερες τιμές. Οι συνέπειες αυτής της τάσης συχνά μελετάται για την ψηφιακή σχεδίαση, λόγω της ευρείας χρήσης της. Παρόλα αυτά η αναλογική σχεδίαση είναι το ίδιο σημαντική. Τα αναλογικά κυκλώματα είναι απαραίτητα για την διασύνδεση μεταξύ του φυσικού (αναλογικού) κόσμου και του ψηφιακού και είναι συχνά χρήσιμα για χρήσεις χαμηλής ακρίβειας. Οι επιρροή των νέων τεχνολογικών τάσεων, όμως, συχνά παραβλέπεται. Κύριο πρόβλημα με την μείωση των μεγεθών είναι και η ανάγκη για την ταυτόχρονη μείωση των τάσεων τροφοδοσίας. Μια καλή λύση είναι η χρήση κυκλωμάτων σε λειτουργία ρεύματος (current mode) αντί των τυπικών κυκλωμάτων σε λειτουργία τάσης (voltage mode). Σε αυτήν την εργασία ερευνάται η χρήση αυτής της ιδέας στην σχεδίαση ενεργών ladder φίλτρων, υψηλών συχνοτήτων. Χρησιμοποιούνται 2 στρατηγικές σχεδίασης: Τα Gm-C φίλτρα και η υλοποίηση φίλτρων με την χρήση τελεστικών ενισχυτών σε current mode. Η πρώτη στρατηγική υλοποιήθηκε με βάση μια προηγούμενη σχεδίαση ενός φίλτρου 1ΜΗz σε τεχνολογία 1.2um, όπου στην παρούσα εργασία επανασχεδιάστηκε σε τεχνολογία 0.25um και συχνότητα λειτουργίας 4.2MHz. Οι υλοποιήσεις με CM τελεστικούς ενισχυτές βασίστηκε στην σχεδίαση τέτοιων φίλτρων με τυπικούς τελεστικούς ενισχυτές και παρουσιάζονται 2 παραδείγματα αυτής της σχεδίασης με συχνότητες λειτουργίας 155MHz και 7.2GHz. Όλα τα φίλτρα στην συνέχεια σχεδιάστηκαν ξανά, αυτή την φορά με οδηγό τον Δείκτη Αναστροφής (IC) προς επίτευξη καλύτερης συμπεριφοράς. Η αξιολόγηση των υλοποιήσεων έγινε με βάση τις τάσεις τροφοδοσίας, την συνολική περιοχή των τρανζίστορ, την κατανάλωση ισχύος, την γενική σταθερότητα (μέσω του phase margin), την ικανότητα ρύθμισης της συχνότητας λειτουργίας και του ταιριάσματος των τρανζίστορ. Σε σύγκριση με την αρχική Gm-C υλοποίηση, σε παλαιότερη τεχνολογία, οι νέες υλοποιήσεις παρουσιάζουν μείωση στην τάση τροφοδοσίας περίπου 50-74% και σημαντική μείωση στην συνολική περιοχή των τρανζίστορ. Η κατανάλωση ισχύος για τα Gm-C φίλτρα είναι περίπου 3mW ενώ για της υλοποιήσεις με CM ΟpAmps γύρω στα 20mW. Το τελικό Gm-C φίλτρο λειτουργεί σε συχνότητες μεταξύ 0.77MHz και 4.2MHz.Οι δύο τελικές υλοποιήσεις με CM OpAmps λειτουργούν μεταξύ 158 και 28MHz και 9.2GHz με 100KHz αντίστοιχα.
Abstract
The new technologies in electronics have forced transistors to smaller and smaller sizes. The consequences of this trend are often researched for digital design, because of its wider usage. Yet analog design is equally important. Analog circuits are required for the connection between the natural(analog) world and the digital and are often useful for low precision application. The influence of new technology trends are, however, often neglected.A main issue with the lowering of sizes is the simultaneous scaling of the voltage supplies. One solution is the use of current mode instead of voltage mode circuits. In this thesis the application of the idea is explored in the design of active high frequency ladder filters. Two design strategies are used: The Gm-C strategy and the implementation using current mode operational amplifiers. The first strategy was done based on a previously designed 1MHz filter, previously implemented in 1.2um process, redesigned now in 0.25um with a frequency of 4.2MHz. The CM OpAmp implementations were based on the voltage mode counterparts and two design examples are shown with operating frequencies of 155MHz and 7.2GHz. All filters were then redesigned using the Inversion Coefficient (IC) as a guide for the transistor aspect ratio choices to achieve better behavior. The evaluation of the design was done in terms of supply voltage, transistor area, power consumption, general stability(phase margin), frequency tunability and transistor matching. Compared to the original Gm-C filter, made in older technology, the new designs had a reduction of 50-74% in terms of supply voltage and significanlty lower transistor area.The power consumption was about 3 mW for the Gm-C filters and around 20mW for the CM OpAmp implementations. The final Gm-C filter designs could cover operating frequencies between 0.77MHz and 4.2MHz, while the 2 CM OpAmp designs can operate from 158MHz to 28MHz for the first design and from 9.2GHz to 100KHz for the second.
Συνημμένα:
-
ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΣΜΑΡΑΓΔΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ.doc
Μεταφορτώσεις: 189,
Μέγεθος: 49 KB application/msword
