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Tesi etd-09112008-124342


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
BALDETTI, TOMMASO
URN
etd-09112008-124342
Title
Progettazione di un DAC a 10bit in tecnologia BCD8 per driver ad alta tensione
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA ELETTRONICA
Commissione
Relatore D'Ascoli, Francesco
Relatore Ing. Volpi, Emilio
Relatore Prof. Fanucci, Luca
Parole chiave
  • convertitore digitale-analogico; DAC; MEMS; MOEMS;
Data inizio appello
30/09/2008;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
30/09/2048
Riassunto analitico
Negli ultimi anni lo sviluppo dell&#39;elettronica e&#39; andato oltre il puro scaling dei<br>dispositivi, soprattutto per motivi tecnologici. Il campo che probabilmente ha<br>tratto piu&#39; benefi cio da questa di fferenziazione e&#39; il settore dei MEMS (Micro-Electro-<br>Mechanical-Systems) e dei MOEMS (Micro-Opto-Electro-Mechanical-Systems).<br>Le applicazioni dei microsistemi (anche commerciali) sono numerose e spaziano dal<br>settore automotive (accelerometri, giroscopi), alle telecomunicazioni (in particolar<br>modo nel cablaggio con fibra ottica si usano microspecchi per realizzare switch ottici<br>integrati), al biomedico (microspecchi per tecniche di microscopia endoscopica).<br>In genere tali microsistemi necessitano di tensioni di attuazione elevate, che devono<br>essere fornite da appositi driver ad alta tensione. Il segnale che pilota questi driver<br>e&#39; quasi sempre generato da un sistema digitale, percio&#39; vi e&#39; praticamente sempre la<br>necessita&#39; di utilizzare un convertitore digitale-analogico.<br>In questo lavoro di tesi e&#39; stata a ffrontata la progettazione di un convertitore digitale-<br>analogico in tecnologia BCD8 a 0.18um per driver ad alta tensione, da inserire in<br>un sistema di proiezione con microspecchio a scansione. Il DAC, alimentato a 1.8V,<br>prevede un&#39;ingresso digitale su 10bit e un&#39;uscita nel range 0 - 1.8V, su un carico (il<br>driver HV) di 1pF.<br>Nel primo capitolo viene fatta un&#39;introduzione al mondo dei microsistemi per applicazioni ottiche. In particolar modo la nostra attenzione si e&#39; focalizzata sui microspecchi, descrivendone i campi d&#39;applicazione e gli esempi piu&#39; diff usi in commercio. Successivamente sono analizzate le due principali tipologie di microspecchio: Digital o<br>Scanning micromirror. Se il microspecchio prevede solo due posizioni di attuazio-<br>ne e&#39; un Digital micromirror, invece se la de<br>essione e&#39; continua e&#39; detto Scanning<br>micromirror (microspecchio a scansione). Gli scanning micromirror possono avere<br>vari tipi di attuazioni; vengono descritte le principali tecniche, mostrando degli<br>esempi: attuazione elettrostatica, elettromagnetica e termica. In particolare vengono<br>approfondite le tecniche di attuazione elettrostatica facendo distinzione tra attuatori<br>a facce piane parallele e comb drive. Di questi ultimi sono descritte la tipologia<br>tradizionale e quella a vertical comb-drive, implementata nel microspecchio che fa<br>parte del sistema di proiezione.<br>Nel secondo capitolo vengono descritti sotto diversi aspetti i convertitori digitale-<br>analogico. Inizialmente si danno alcune notizie sulla loro storia ed evoluzione cronologica. Successivamente sono illustrati i principali parametri che caratterizzano<br>un convertitore digitale-analogico. Viene fornita una panoramica sulle principali<br>architetture, facendo riferimento alle soluzioni allo stato dell&#39;arte in letteratura. Sono<br>analizzate le architetture basate su resistenze: a stringa resistiva semplice, ripiegata,<br>a scala R-2R; poi quelle basate su capacita e infine quelle basate su generatori di<br>corrente. Segue una trattazione della tecnologia utilizzata per la realizzazione del<br>DAC, la BCD8 di STMicroelectronics, con riferimento all&#39;evoluzione della stessa e<br>dei possibili campi d&#39;applicazione.<br>Nel terzo capitolo viene illustrata la struttura del sistema del quale fa parte il DAC, il<br>dimensionamento del quale e&#39; stato fatto sfruttando i risultati di un&#39;analisi statistica<br>sulla stringa resistiva eseguita con simulazioni numeriche, descritte in questo capitolo.<br>In seguito sono state analizzate problematiche inerenti al leakage, superate con<br>l&#39;utilizzo di switch pass-gate e particolari configurazioni delle connessioni di substrato. Vengono illustrate le condizioni di lavoro del buffer e le conseguenti specifi che di<br>progetto. Viene mostrata la prima topologia presa in esame e i suoi limiti, superati<br>dalla nuova topologia. Quindi, anche mediante l&#39;uso del simulatore, si e&#39; dimensionato<br>il buff er.<br>Nel quarto capitolo sono riportati i risultati delle simulazioni eseguite con il simulatore SPECTRE all&#39;interno dell&#39;ambiente CADENCE. E&#39; stato possibile valutare<br>le prestazioni del buff er al variare dei parametri di processo o mediante l&#39;uso di<br>un&#39;apposito caratterizzatore. Dai risultati delle simulazioni si e&#39; potuto evincere che<br>il bu ffer rispetta le speci fiche di progetto.<br>Nel quinto capitolo in fine e&#39; riportato il layout della stringa resistiva e dei decoder e<br>gli accorgimenti utilizzati per minimizzare il mismatch nell&#39;implementazione della<br>stringa.<br>In appendice sono riportati alcuni dei codici MATLAB utilizzati per l&#39;analisi statistica<br>della stringa.
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