Diseño de convertidores A/D pipeline de baja tensión de alimentación y bajo consumo

Résumé

1.2 Objetivos � Establecer las especificaciones que debe cumplir el prototipo para poder ser incluido en un front-end analogico de DVB-T, a partir de las características del estándar. � Desarrollar modelos matematicos que determinen las especificaciones mínimas impuestas por las no linealidades del circuito. � Realizar un estudio del estado del arte en cuanto a técnicas de reducción del consumo de potencia en ADC pipeline se refiere, que nos permitirá seleccionar y combinar aquellas técnicas para nuestro prototipo que presenten mejores resultados. � Extrapolar las decisiones de diseño del convertidor completo a las especificaciones que deben cumplir cada uno de los bloques que lo componen. Proponer y desarrollar celdas que puedan derivar en aportaciones originales para aplicaciones de baja tensión y bajo consumo. � Caracterizar el circuito propuesto mediante simulaciones post-layout. Determinación de las limitaciones que puedan surgir de decisiones tomadas en pasos anteriores. � Obtener los resultados experimentales del circuito fabricado. Comprobar que se han alcanzado las especificaciones buscadas. 1.3 Metodología y plan de trabajo 1. Modelado de un ADC para DVB El DVB (Digital Video Broadcasting) es un organismo encargado de crear y proponer los procedimientos de estandarización para la televisión digital compatible. Esta constituido por más de 270 instituciones y empresas de todo el mundo. Los estándares propuestos han sido ampliamente aceptados en Europa y casi todos los continentes. Todos los procedimientos de codificación de las fuentes de video y audio están basados en los estándares definidos por MPEG. Sin embargo, este estándar no cubre los sistemas de modulación de señal que se utilizaran para los distintos tipos de radiodifusión, los tipos de códigos de protección frente a errores y los mecanismos de acceso condicional a los servicios y programas. El DVB ha elaborado distintos estándares en función de las características del sistema de radiodifusión. A este nivel de la investigación se realizara el estudio del estado del arte para determinar las técnicas de bajo consumo que permitan la implementación de un convertidor que proporcione prestaciones deseadas. Se determinaran las especificaciones del ADC a partir del estándar DVB y del esquema del receptor utilizado. Estas especificaciones supondrán el punto de partida para determinar la arquitectura optima (es decir, el numero de bits de cada etapa del pipeline) respecto a potencia consumida y área. 2. Realización de los bloques básicos Una vez seleccionada la arquitectura del sistema, fijadas las especificaciones iniciales a satisfacer por cada uno de los subsistemas y bloques fundamentales, se pasara al diseño y realización física de tales bloques. Se pretende desarrollar las celdas básicas, amplificadores operacionales de transconductancia (OTA), comparadores, interruptores, etc., capaces de cumplir con los requisitos de los bloques definidos y con las especificaciones básicas. Asimismo, se evaluara la tecnología o tecnologías de integración mas adecuadas para la realización física, que se implementaran en forma de uno o varios circuitos integrados en función de las tecnologías a emplear. 3. Realización del convertidor A/D - Diseño de cada una de las etapas de convertidor pipeline utilizando macromodelos. - Diseño y simulación de cada una de las etapas del pipeline. - Diseño y simulación del convertidor pipeline completo. - Generación del layout y envío a fabricación. En este punto del plan de trabajo se habrán detectado los principales problemas de diseño del convertidor, lo que nos permitirá proponer y desarrollar celdas que puedan derivar en aportaciones originales tanto para aplicaciones de baja tensión y bajo consumo. 4. Test del sistema Se realizaran las placas de circuito impreso y se preparara un sistema de test que permita la medida completa de las prestaciones del convertidor implementado. 5. Diseminación de resultados Aunque durante la realización del proyecto se enviara para su publicación los resultados parciales más significativos que se vayan obteniendo, será en esta fase cuando se realice un esfuerzo de síntesis de los beneficios obtenidos y del estudio de las posibles mejoras a partir del análisis de los resultados. 1.4 Estructura de la tesis La organización de la tesis está fuertemente influida por los objetivos perseguidos en esta investigación. Consta de seis capítulos, que se describen brevemente a continuación. � El primer capítulo establece la estructura de la tesis. Introduce al lector en la problemática del bajo consumo y la baja tensión de alimentación para circuitos analógicos y mixtos, además de resaltar la importancia del ADC pipeline en multitud de aplicaciones comerciales. Se definen los objetivos buscados y el plan de trabajo a seguir para la consecución de los mismos. � El segundo capítulo proporciona los conceptos básicos sobre funcionamiento y arquitectura de ADC pipeline. También se realiza un estudio del estado del arte de los ADC pipeline en cuanto a técnicas de reducción del consumo de potencia se refiere. � El tercer capítulo explica de forma detallada el diseño de un ADC pipeline de bajo consumo para aplicaciones OFDM DVB-T con una frecuencia de muestreo de 19 MS/s y una resolución de 8 bits, empleando una tecnología de 0.35 Vm CMOS de AMS. Se deja para los capítulos posteriores los aspectos relacionados con el diseño de los amplificadores de transconductancia (OTA) y los interruptores. � El cuarto capítulo describe la arquitectura del OTA empleado en el ADC pipeline presentado, además de proponer un OTA de elevada ganancia y completamente diferencial para aplicaciones de baja tensión. � El quinto capítulo propone algunas aplicaciones para baja tensión de un interruptor CMOS basado en transistores de puerta casi flotante, aparte de su utilidad como circuito S/H con elevación de tensión en el ADC pipeline diseñado en esta tesis. � El capítulo final recoge las conclusiones, las nuevas líneas de investigación abiertas y las aportaciones realizadas.