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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
Supervisors
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'elettronica e' andato oltre il puro scaling dei
dispositivi, soprattutto per motivi tecnologici. Il campo che probabilmente ha
tratto piu' benefi cio da questa di fferenziazione 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
necessita' di utilizzare un convertitore digitale-analogico.
In questo lavoro di tesi e' stata a ffrontata 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' diff usi in commercio. Successivamente sono analizzate le due principali tipologie di microspecchio: Digital o
Scanning micromirror. Se il microspecchio prevede solo due posizioni di attuazio-
ne e' un Digital micromirror, invece se la de
essione 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 specifi che 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 buff er.
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 buff er al variare dei parametri di processo o mediante l'uso di
un'apposito caratterizzatore. Dai risultati delle simulazioni si e' potuto evincere che
il bu ffer rispetta le speci fiche di progetto.
Nel quinto capitolo in fine 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.
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