Masterproeven 2013-2014
VCO-gebaseerde opamps
Probleemstelling:
De meest geavanceerde CMOS-processen zijn geoptimaliseerd voor het realiseren van digitale circuits. Nochtans zou het ook interessant zijn om in een dergelijke technologie ook analoge circuits te kunnen realiseren. Hierbij treden echter twee belangrijke uitdagingen op. Ten eerste is de beschikbare voedingsspanning ingekrompen tot amper 1 Volt. Dit vormt uiteraard een ernstige beperking op het signaalspanningsbereik.
Ten tweede zijn de 'analoge' prestaties van de beschikbare transistoren (bijv. versterking) erg achteruit gegaan.
Hierdoor wordt het erg moeilijk om goede analoge bouwblokken zoals bijv. operationele versterkers te ontwerpen. Een revolutionair idee om dit probleem aan te pakken is geïnspireerd op de fase-domein analyse van VCO's. Als we immers redeneren op de ogenblikkelijke fase van een VCO, dan is die gelijk aan de integraal van de ogenblikkelijke frequentie. In principe kunnen we deze ogenblikkelijke fase dan uitlezen met een (ideale) fasedetector. Het geheel zou zich dan gedragen als een ideale operationele versterker met een oneindige DC-versterking en een versterkings-bandbreedte product gelijk aan de KpKv van de VCO fasedector combinatie.
Dit is in het bijzonder zeer interessant omdat het niet moeilijk is om efficiente en compacte VCO's te ontwerpen in dergelijke geavanceerde technologieën, bijv. ring-oscillatoren. Uiteraard treden hierbij uitdagingen op, zoals bijv. het optreden van parasitaire stoorcomponenten op de (dubbele) vrijloopfrequentie van de VCO, maar deze zouden in principe sterk onderdrukt kunnen worden door een differentiele opbouw en een slimme keuze van het fasedetector circuit.
Doelstelling:
Het is de bedoeling om in dit uitdagend afstudeerwerk een dergelijke VCO-gebaseerde opamp te ontwerpen in een geavanceerde 65nm technologie. Hiervoor zal de student(e) de impact van parasitaire effecten (zoals de doorkoppeling van de draaggolf e.d.) moeten analyseren en modelleren (bijv. in Simulink). Daarna zal hij (of zij) verschillende bouwblokken moeten ontwerpen (VCO, fasedetector e.d.).
Student: Steven Vande Ryse
Promotor: Prof. Pieter Rombouts
Scriptiebegeleider: ir. Amir Babaie Fishani