Introduzione
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Introduzione
I riferimenti di tensione sono tra gli elementi più importanti nei circuiti analogici e nei circuiti mixed-signal. Sono impiegati, infatti, per la generazione di tensioni di riferimento e polarizzazione utilizzate da diversi sistemi come generatori di corrente, amplificatori operazionali, interfacce per sensori, convertitori analogico-digitali (ADC) e digitali- analogici (DAC), ma anche nelle memorie dinamiche ad accesso casuale (DRAM) o nelle memorie flash. Essi rappresentano un blocco base per ottenere buone prestazioni nelle applicazioni in cui è necessario avere un alto livello di precisione.
L‘obiettivo di questa tesi è la progettazione di un Bandgap Voltage Reference (BVR) che si inserisce in un progetto più ampio di realizzazione di un chip di sensing. La tensione generata viene utilizzata come riferimento da un ADC a 12 bit di risoluzione nominale e un generatore di forme d‘onda per stimolare il sistema sotto misura. I requisiti di progettazione hanno fatto sì che ci si è concentrati in particolare nella realizzazione di un circuito con uscita differenziale, compatto, con ridotto consumo di potenza e basso rumore in uscita.
Per la progettazione del BVR è stato utilizzato il tool Virtuoso dell‘ambiente Cadence sfruttando la libreria messa a disposizione dalla TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), per un processo in tecnologia CMOS con lunghezza minima di canale 0.18 μm.
Il lavoro di tesi si articola in 6 capitoli:
Capitolo 1: definizione delle specifiche richieste ad un generico riferimento di tensione e descrizione dei metodi classici utilizzati per ottenere una sorgente di tensione costante. Ci si è concentrati in particolare sull‘analisi del principio di funzionamento di un riferimento di tensione che si basa sul cosiddetto principio del bandgap presentando l‘implementazione basata sull‘architettura convenzionale.
Capitolo 2: presentazione di alcune architetture proposte in letteratura per raggiungere i sempre più stringenti requisiti di progettazione in termini di basso consumo e basse tensioni di alimentazione, nonché prestazioni elevate per quanto riguarda la precisione e il coefficiente di temperatura ottenute mitigando gli effetti delle non idealità dei componenti.
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Capitolo 3: presentazione del principio di funzionamento del BVR realizzato a partire dalle specifiche richieste, mettendo in luce le proprietà più salienti delle tecniche utilizzate e i requisiti per la stabilità della reazione implementata.
Capitolo 4: descrizione dettagliata dei vari sottosistemi e circuiti che compongono il BVR progettato, ponendo l‘accento sui vincoli e gradi di libertà che caratterizzano il sistema di retroazione implementato. Vengono inoltre descritti gli accorgimenti circuitali introdotti per ridurre il fenomeno dell‘iniezione di carica degli interruttori.
Capitolo 5: presentazione dei risultati raggiunti mostrando le simulazioni realizzate ed in particolare le proprietà fondamentali dalle quali si può valutare la qualità di un riferimento di tensione.
Capitolo 6: descrizione delle tecniche utilizzate per migliorare il matching fra i vari componenti e ridurre gli effetti parassiti del placement e routing mostrando il layout del BVR, con lo scopo di indicarne l‘area occupata, e di alcuni sottosistemi che lo compongono.
