• convertitore digitale-analogico; DAC; MEMS; MOEMS;

Negli ultimi anni lo sviluppo dell'elettronica è andato oltre il puro scaling dei dispositivi, soprattutto per motivi tecnologici. Il campo che probabilmente ha tratto piu' beneficio da questa differenziazione e' il settore dei MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) e dei MOEMS (Micro-Opto-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, percio' vi e' praticamente sempre la necessità di utilizzare un convertitore digitale-analogico.
In questo lavoro di tesi e' stata affrontata la progettazione di un convertitore digitale-analogico in tecnologia BCD8 a 0.18um 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 applicazioni ottiche. In particolar modo la nostra attenzione si e' focalizzata sui microspecchi, descrivendone i campi d'applicazione e gli esempi piu' 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 e' un Digital micromirror, invece se la deflessione e' continua e' detto 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 attuazione elettrostatica facendo distinzione 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 sotto diversi aspetti i convertitori digitale-analogico. Inizialmente si danno alcune notizie sulla loro storia ed evoluzione cronologica. Successivamente sono illustrati i principali parametri che caratterizzano un convertitore digitale-analogico. Viene fornita una panoramica sulle principali architetture, facendo riferimento alle soluzioni allo stato dell'arte in letteratura. Sono analizzate le architetture basate su resistenze: a stringa resistiva semplice, ripiegata, a scala R-2R; poi quelle basate su capacita e infine quelle basate su generatori di corrente. Segue una trattazione della tecnologia utilizzata per la realizzazione del DAC, la BCD8 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 del quale e' stato fatto sfruttando i risultati di un'analisi statistica sulla stringa resistiva eseguita con simulazioni numeriche, descritte in questo capitolo.
In seguito sono state analizzate problematiche inerenti al leakage, superate con l'utilizzo di switch pass-gate e particolari configurazioni delle connessioni di substrato. Vengono illustrate le condizioni di lavoro del buffer e le conseguenti specifiche di progetto. Viene mostrata la prima topologia presa in esame e i suoi limiti, superati dalla nuova topologia. Quindi, anche mediante l'uso del simulatore, si e' dimensionato il buffer.
Nel quarto capitolo sono riportati i risultati delle simulazioni eseguite con il simulatore SPECTRE all'interno dell'ambiente CADENCE. E' stato possibile valutare le prestazioni del buffer al variare dei parametri di processo o mediante l'uso di un'apposito caratterizzatore. Dai risultati delle simulazioni si e' potuto evincere che il buffer rispetta le specifiche di progetto.
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.