Análise e projeto de buffers de alta velocidade e baixa distorção em tecnologia CMOS aplicados em conversores analógico-digitais
Analysis and design of high-speed low-distortion CMOS buffer suitable for analog-to-digital converters
| dc.creator | Campos, Marcel Veloso, 1977- | |
| dc.date | 2015 | |
| dc.date | 2015-11-11T00:00:00Z | |
| dc.date | 2017-04-03T01:31:03Z | |
| dc.date | 2017-07-13T19:54:17Z | |
| dc.date | 2017-04-03T01:31:03Z | |
| dc.date | 2017-07-13T19:54:17Z | |
| dc.date.accessioned | 2018-03-29T03:59:36Z | |
| dc.date.available | 2018-03-29T03:59:36Z | |
| dc.identifier | CAMPOS, Marcel Veloso. Análise e projeto de buffers de alta velocidade e baixa distorção em tecnologia CMOS aplicados em conversores analógico-digitais. 2015. 1 recurso online (182 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.bibliotecadigital.unicamp.br/document/?code=000960905>. Acesso em: 2 abr. 2017. | |
| dc.identifier | http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/260930 | |
| dc.identifier.uri | http://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/1339299 | |
| dc.description | Orientador: Leandro Tiago Manera | |
| dc.description | Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação | |
| dc.description | Resumo: Projetos de conversores Analógico-Digitais com alta resolução, alta velocidade e consumo moderado se tornou dominante devido à demanda atual em tecnologias voltadas para comunicações em fio. No universo dos diferentes tipos de conversores, a arquitetura Pipeline, que faz uso de blocos de amostragem e retenção com a utilização de Buffers, vem se destacando por alcançar melhores resultados no que diz respeito à resolução na frequência de operação de 100 MHz, pois há uma vasta demanda de aplicações em equipamentos de uso militar e comercial que necessitam de aquisição de dados diretamente nesta banda. Quando os blocos destes circuitos projetados são construídos com Buffers bipolares em tecnologia BICMOS, eles podem atingir Spurious Free Dynamic Range (SFDR) menores que ?90 dB, ou seja, conseguem resoluções efetivas maiores que 14 bits. Entretanto, nas arquiteturas implementadas com a tecnologia CMOS utilizando o mesmo tipo de estrutura, este valor se limita a ?80 dB. Esta foi uma das principais alavancas que motivaram o desenvolvimento deste projeto, que envolve circuitos Buffers em tecnologia CMOS 0,35 µm. Desta forma, esta tese apresenta como objetivo principal o desenvolvimento de circuito Buffer em tecnologia CMOS que possa atingir Distorção Harmônica Total (THD) inferior a ?90 dB, operando na faixa de frequência de 100 MHz e com um nível de consumo relativamente baixo de 7 mW. Esta especificação de distorção permite propor a construção de blocos de amostragem e retenção com resoluções na ordem de 14 bits. Para isso, estudos de arquiteturas de malha aberta (open-loop) e circuitos realimentados são apresentados. Esta pesquisa, portanto, faz uso de análise matemática de pequenos ou grandes sinais com a finalidade de definir e quantificar os principais efeitos degradadores da linearidade tais como, o efeito de corpo, a modulação de canal, as capacitâncias parasitas e o efeito de carga. As técnicas de supressão, redução ou mesmo a compensação das fontes de erro supracitadas, que aparecem neste tipo de dispositivo, são empregadas na construção de cinco circuitos, sendo que uma dessas estruturas propostas faz o uso adicional do espelho de corrente na configuração Super Wilson. Um dos principais objetivos desta configuração é permitir a utilização de uma tensão de alimentação de menor amplitude, sem comprometer a excursão máxima do sinal. É importante destacar que, a principal meta no projeto do Buffer em CMOS foi alcançada. Um conjunto de medições experimentais foi realizado em todos os protótipos fabricados, confirmando que os projetos das arquiteturas aqui apresentadas podem dar uma contribuição modesta, porém importante para o estado da arte do projeto de Buffers na tecnologia CMOS | |
| dc.description | Abstract: The design of Analog-to-Digital converters (ADC) with high resolution, high speed and moderate consumption became dominant due to its recent demand in wireless communications technologies. In the universe of different types of converters, the Pipelined architecture, which uses sample-and-hold blocks through the use of Buffers, stands out for achieving better resolution results related to the operating frequency of 100 MHz. This architecture has found many applications in both military and commercial equipment where data acquisitions in this frequency range are necessary. When the designed circuit blocks are constructed with bipolar buffers in BICMOS technology, they can achieve Spurious Free Dynamic Range (SFDR) less than ?90 dB, i.e. they can reach effective resolutions higher than 14 bits. However, in the architectures implemented in CMOS technology using the same type of dedicated electronic structure (SHA), this value is limited to ?80 dB. This was one of the main reasons that motivated the development of this thesis involving Buffers circuits in 0.35 µm CMOS technology. Desta forma, esta tese apresenta como objetivo principal o desenvolvimento de circuito Buffer em tecnologia CMOS que possa atingir Distorção Harmônica Total (THD) inferior a ?90 dB, operando na faixa de frequência de 100 MHz e com um nível de consumo relativamente baixo de 7 mW. Esta especificação de distorção permite construir de blocos de amostragem e retenção com resoluções na ordem de 14 bits. In this work, a Buffer circuit operating in the frequency range of 100 MHz, with a relatively low power consumption of 7 mW and a Total Harmonic Distortion (THD) lower than - 90 dB has been achieved. This distortion specification allows proposing the sample-and-hold blocks design with resolutions on the order of 14 bits. In order to get to these results, studies of open-loop circuits and closed-loop circuits were performed. In this way, this work has used mathematical analysis of small and large signals in order to define and quantify the main effects that degrades the circuit¿s linearity, such as the body effect, channel modulation, the effect of parasitic capacitances and the load effect. By using techniques for the elimination, reduction or offsetting these sources of error above-mentioned, which appear in this type of device, a design of five new circuits were obtained; one of these proposed structures make use of the Super Wilson current mirror. The main goal of this configuration is to allow the use of a lower supply voltage, without compromising the maximum signal excursion. It is important to highlight that the main goal in the CMOS buffer design has been achieved. A set of experimental measurements was performed in all prototypes, confirming that the design of such new architectures presented in this work can provide a modest contribution, but important to the state of the art of Buffer in CMOS technology | |
| dc.description | Doutorado | |
| dc.description | Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica | |
| dc.description | Doutor em Engenharia Elétrica | |
| dc.format | 1 recurso online (182 p.) : il., digital, arquivo PDF. | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.publisher | [s.n.] | |
| dc.relation | Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF | |
| dc.subject | Conversores analógicos-digitais | |
| dc.subject | Amplificadores operacionais | |
| dc.subject | Realimentação | |
| dc.subject | Circuitos elétricos não-lineares | |
| dc.subject | Circuitos integrados | |
| dc.subject | Analog-to-digital converters | |
| dc.subject | Operational amplifiers | |
| dc.subject | Feedback | |
| dc.subject | Nonlinear electrical circuits | |
| dc.subject | Integrated circuits | |
| dc.title | Análise e projeto de buffers de alta velocidade e baixa distorção em tecnologia CMOS aplicados em conversores analógico-digitais | |
| dc.title | Analysis and design of high-speed low-distortion CMOS buffer suitable for analog-to-digital converters | |
| dc.type | Tesis |