ETD

• ADC con oversampling
• ADC delta-sigma
• ADC with oversampling
• analog-to-digital converter
• Cadence model
• cella elettrochimica
• clock jitter
• convertitore analogico-digitale
• delta-sigma modulator
• electrochemical cell
• modello Cadence
• modello Python
• modulatore delta-sigma
• noise transfer function
• non idealità
• non idealities
• Python model
• script
• sensori indossabili
• signal transfer function
• wearable devices

Il progetto di tesi ha come obiettivo la realizzazione di un modello per un modulatore ∆Σ, ovvero una particolare architettura di convertitore Analogico-Digitale. Questo modulatore trova utilizzo all'interno di un progetto di ricerca più ampio riguardante la progettazione dell'Analog Front-End (AFE) per un sensore di glucosio basato su una cella elettrochimica. L'applicazione principale di questi sensori è la misura della glicemia per le persone affette da diabete. Il modulatore viene quindi progettato per l'utilizzo in un'applicazione Ultra Low Voltage (ULV) dove la tensione di alimentazione è di 900 mV, compatibile con una sorgente di energia basata sull'energy harvesting, permettendo la rimozione della batteria nel sistema. Un primo modello ad alto livello utilizza degli script Python che simulano il modulatore in condizioni ideali e con particolari non idealità. Un secondo modello, sempre ad alto livello, utilizza l'ambiente Virtuoso di Cadence per eseguire delle simulazioni elettriche utilizzando il simulatore Eldo, verificando il corretto comportamento di ciascun blocco che realizza il modulatore. Al fine di rendere il sistema integrabile, è stata presa in considerazione la quantizzazione multi-bit nel modello del modulatore. Questo permette di ridurre l'ampiezza delle correnti e di conseguenza ridurre le capacità presenti nel circuito. Questa innovazione è resa necessaria dalla bassa tensione di alimentazione e dalla frequenza di campionamento di 50 kHz, le quali impediscono l'utilizzo di un modulatore con quantizzazione single-bit, in quanto le capacità necessarie non sarebbero integrabili a causa del loro alto valore.

This thesis project aims to develop a model for a ΔΣ modulator, a specific analog-to-digital converter architecture. This modulator is used within a larger research project involving the design of the analog front-end (AFE) for a glucose sensor based on an electrochemical cell. The primary application of these sensors is blood glucose measurement in people with diabetes. The modulator is therefore designed for use in an ultra-low voltage (ULV) application where the supply voltage is 900 mV, compatible with an energy harvesting power source, allowing for the removal of the system's battery. A first high-level model uses Python scripts that simulate the modulator under ideal conditions and with certain non-idealities. A second high-level model uses Cadence's Virtuoso environment to run electrical simulations using the Eldo simulator, verifying the correct behavior of each block that makes up the modulator. In order to make the system integrable, multi-bit quantization was considered in the modulator model. This allows for a reduction in the amplitude of the currents and consequently, the capacitances present in the circuit. This innovation is necessary due to the low supply voltage and the 50 kHz sampling frequency, which preclude the use of a modulator with single-bit quantization, as the required capacitances would not be integrable due to their high value.