Afstudeerwerken 2008-2009
Studie en ontwerp van een spanningsreferentie voor "Power Over Ethernet" toepassingen
Probleemstelling:
Een spanningsreferentie is een elektronisch circuit, dat ongeacht de voedingsspanning een min of meer nauwkeurig
gekende referentiespanning genereert. Bijna alle elektronische chips bevatten één of meerdere van dergelijke
spanningsreferenties, bijvoorbeeld voor het genereren van instelspanningen. Voor veel toepassingen is het echter
noodzakelijk dat de spanningsreferentie echt zeer nauwkeurig is. Hierbij kunnen we bijvoorbeeld denken aan
sensor-interfaces. Deze bevatten doorgaans een A/D-converter waarvan de nauwkeurigheid rechtstreeks
gekoppeld is aan de nauwkeurigheid van de spanningsreferentie. Een ander voorbeeld kan men terug vinden
in vermogen-beheer chips, zoals bijvoorbeeld gebruikt voor ``Power Over Ethernet'', waarbij een IP camera,
een WLAN access point of VoIP videotelefoon, ... rechtstreeks via een ethernet kabel gevoed wordt.
In deze toepassing is het geleverde vermogen direct gelinkt aan de nauwkeurigheid van de referentie.
Een belangrijk probleem bij dergelijke nauwkeurige spanningsreferenties is dat de nauwkeurigheid gegarandeerd moet worden over een breed temperatuursbereik (typisch van -40 tot +150 C). De traditionele oplossing hiervoor is gebruik te maken van een zogenaamde ''bandgap'' spanningsreferentie. In een dergelijk circuit kan men de temperatuurscoëfficiënt van de uitgangsspanning (in theorie) zeer klein maken. Een tweede probleem is dat de nauwkeurigheid behouden moet blijven ongeacht de mogelijke parametervariaties die zich in het fabricageproces kunnen voordoen. Dit is vooral een economisch argument. Indien de spanningsreferentie an sich niet voldoende nauwkeurig is, moet ze immers afgeregeld worden, wat de kostprijs van de chip enorm opdrijft.
Doelstelling:
Het doel van dit werk is om te komen tot een zo nauwkeurig mogelijke spanningsreferentie. Hierbij zal in eerste
instantie vertrokken worden van bekende bandgap circuits en zal er onderzocht worden hoe de nauwkeurigheid
wordt aangetast door parametervariaties. Op basis hiervan kan de student(e) bestaande circuits optimaliseren en/of
nieuwe circuits voorstellen. Dit ontwerp zal dan in een typisch submicron CMOS-proces gerealiseerd worden.
Het geheel verloopt in samenwerking met AMI Semiconductor, een belangrijke producent van chips voor automotive toepassingen. Daardoor zal de student(e) ook kennis kunnen maken met de aanpak van dergelijk chipontwerp in de industrie. Het gerealiseerde ontwerp zal later meegeïntegreerd worden in de ``Power Over Ethernet'' chips van AMIS.
Student: Wannes Vandael
Promotoren: Prof. Pieter Rombouts, Prof. Ludo Weyten
Scriptiebegeleider: ir. Bart De Vuyst