Introduzione
Negli ultimi anni lo sviluppo dell’elettronica `e andato oltre il puro scaling dei dispositivi, soprattutto per motivi tecnologici. Il campo che probabilmente ha tratto pi`u beneficio da questa differenziazione `e il settore dei MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) e dei MOEMS (Micro-Opto-Electro-(Micro-Electro-Mechanical-Systems). Le applicazioni dei microsistemi (anche commerciali) sono numerose e spaziano dal settore automotive (accelerometri, giroscopi), alle telecomunicazioni (in particolar modo nel cablaggio con fibra ottica si usano microspecchi per realizzare switch ottici integrati), al biomedico (microspecchi per tecniche di microscopia endoscopica). In genere tali microsistemi necessitano di tensioni di attuazione elevate, che devono essere fornite da appositi driver ad alta tensione. Il segnale che pilota questi driver `e quasi sempre generato da un sistema digitale, perci`o vi `e praticamente sempre la necessit`a di utilizzare un convertitore digitale-analogico.
In questo lavoro di tesi `e stata affrontata la progettazione di un convertitore digitale-analogico in tecnologia BCD a 0.18µm (BCD8) per driver ad alta tensione, da inserire in un sistema di proiezione con microspecchio a scansione. Il DAC, alimentato a 1.8V, prevede un’ingresso digitale su 10bit e un’uscita nel range 0 ÷ 1.8V, su un carico (il driver HV) di 1pF.
Nel primo capitolo viene fatta un’introduzione al mondo dei microsistemi per appli-cazioni ottiche, con particolare attenzione sui microspecchi, descrivendone i campi
Introduzione d’applicazione e gli esempi pi`u diffusi in commercio. Successivamente sono analizzate le due principali tipologie di microspecchio: Digital o Scanning micromirror. Se il microspecchio prevede solo due posizioni di attuazione si parla di Digital micromirror, se invece la deflessione `e continua si parla di Scanning micromirror (microspecchio a scansione). Gli scanning micromirror possono avere vari tipi di attuazioni; vengono descritte le principali tecniche, mostrando degli esempi: attuazione elettrostatica, elettromagnetica e termica. In particolare vengono approfondite le tecniche di attua-zione elettrostatica facendo distinattua-zione tra attuatori a facce piane parallele e comb drive. Di questi ultimi sono descritte la tipologia tradizionale e quella a vertical comb-drive, implementata nel microspecchio che fa parte del sistema di proiezione. Nel secondo capitolo vengono descritti presi in esame i convertitori digitale-analogico. Dopo una breve introduzione sulla loro storia ed evoluzione cronologica, vengono illustrati i principali parametri che li caratterizzano. Viene quindi riportata una panoramica sulle principali architetture, facendo riferimento alle soluzioni allo stato dell’arte presenti in letteratura. Sono analizzate le architetture basate su resistenze: a stringa resistiva semplice, ripiegata, a scala R-2R, quindi quelle basate su capacit`a e infine quelle basate su generatori di corrente. Segue una trattazione della tecnologia utilizzata per la realizzazione del DAC, la BCD a 0.18µm di STMicroelectronics, con riferimento all’evoluzione della stessa e dei possibili campi d’applicazione.
Nel terzo capitolo viene illustrata la struttura del sistema del quale fa parte il DAC, il dimensionamento di quest’ultimo a partire dai risultati di un’analisi statistica sulla stringa resistiva eseguita con simulazioni numeriche. In seguito sono state analizzate le problematiche inerenti alle correnti di leakage e le soluzioni adottate per ridurne gli effetti. Vengono illustrate le condizioni di lavoro del buffer necessario per la lettura delle tensioni sulla stringa resistiva e le conseguenti specifiche di progetto. Quindi viene analizzata la prima topologia presa in esame, i suoi limiti e come siano stati
Introduzione superati nella topologia finale. Infine vengono descritti i passi logici seguiti per il dimensionamento del circuito.
Nel quarto capitolo sono riportati i risultati delle simulazioni eseguite con il simu-latore SPECTRE all’interno dell’ambiente CADENCE, effettuate al variare della temperatura e dei parametri di processo.
Nel quinto capitolo infine `e riportato il layout della stringa resistiva e dei decoder e gli accorgimenti utilizzati per minimizzare il mismatch nell’implementazione della stringa.
In appendice sono riportati alcuni dei codici MATLAB utilizzati per l’analisi statistica della stringa.