FBE- Elektronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/29

Gözat

Yazar "Başyurt, Pınar Başak" ile FBE- Elektronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Tamamıyla Tümleştirilmiş Gerilim Referans Devreleri
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-05-20) Başyurt, Pınar Başak ; Aksın, Devrim Yılmaz ; 10035427 ; Elektronik Mühendisliği ; Electronics Engineering
    Gerilim referans devreleri, elektriksel sistemlerde diğer alt blokların çalışmaları için kararlı bir çalışma noktası üretmeleri sebebiyle veri dönüştürücüler (ADC - DAC), frekans sentezleyiciler, DC-DC ve AC-DC dönüştürücüler ve lineer regülatörler gibi pek çok elektriksel sistemin en temel yapı bloklarındandır. İdeal olarak, üretilen bu referans noktası, sıcaklık, üretim süreçleri, besleme gerilim degişimleri ve yükleme etkileri gibi çalışma koşullarından etkilenmemelidir. Bir referans devresinin doğruluğu bahsedilen çalışma koşullarının etkisiyle mutlak değerinden ne kadar saptığı olarak tanımlanır. Modern haberleşme sistemleri ve tüketici ürünlerindeki gelişmeler ile birlikte yüksek entegrasyon ve doğruluklu sistemlere olan talep artmıştır. Tümdevre sistemlerinde, alt blokların çalışma noktalarını belirlemesi nedeniyle özellikle referans devrelerinin performansları bütün sistemin performansının belirlenmesinde önemli rol oynamaktadır. Dolayısıyla yüksek performanslı sistemlere olan talep, bu performansların elde edilmesi için kullanılan düşük geometrili üretim teknolojilerine uygun, yani giderek azalan besleme gerilimleri ile çalışabilecek yüksek doğruluklu referans devrelerine olan talebi de arttırmıştır. Bu nedenle bu çalışmada gerilim referans devre topolojilerine odaklanılmıştır. Bu doğrultuda, öncelikle yüksek doğruluklu, düşük gürültülü gerilim refereans devre topolojileri üzerinde çalışılarak 0.35 um CMOS teknoljisinde farklı tasarımlar yapılmıştır. Bu aşamada temel hedef, yüksek dogrulukluk olarak belirenmiş ve yapılan tasarımlarda, üretim sonrası ayarlamalardan sonra sıcaklık katsayısı 3 ppm/C olabilecek devreler tasarlanmıştır. Ancak, 0.35 um CMOS üretim teknolojisi kullanılması ve kullanılan topolojiler dolayısıyla, devrelerin çalışabileceği minimum besleme gerilim seviyesi 1.8 V ile sınırlı kalmıştır. Devrelerin çektikleri akımlar ise 20-30 uA seviyesindedir. Bu tasarımlar sırasında (triple-well üretim teknlojileri için), önerilen blok gövde izolasyon stratejisi, tasarımı yapılan devrenin gövdesinin tümdevrenin geri kalan kısmından ters kutuplanmış bir jonksiyon diyodu sayesinde izole edilmesine dayanmaktadır ve devrenin gövde gürültüsünden etkilenmesini önemli ölçüde azaltmaktadır. Son olarak, çoğunlukla osilatör devrelerinde uygulanan anahtarlamalı kutuplama tekniği uygulanarak devrelerin düşük frekans gürültü performansının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın geri kalan kısmında, düşük besleme gerilimleriyle çalışabilecek mikron-altı üretim teknolojilerine uygun gerilim referans devre topolojileri üzerine odaklanılmıştır. Bu doğrultuda, iki yeni düşük besleme gerilimli ve düşük güç tüketimli gerilim referans devre topolojisi önerilmiştir. Önerilen topolojiler, 0.18 um CMOS üretim teknolojisinde gerçeklenmiştir. Ölçüm sonuçları, tasarlanan gerilim refarans devrelerinin 0.65 V besleme gerilimi ile çalışabildiğini göstermiştir. Önerilen devre topolojileri ile 0-120 C sıcaklık aralığında, sıcaklık katsayısı 50 ppm/C olan 193 mV seviyesinde referans gerilimleri elde edilmiştir. Devrelerin güç tüketimleri sırasıyla 0.3 uW ve 0.4 uW iken kapladıkları alan 0.2 mm^2 ve 0.08 mm^2 dir. Sonuç olarak, önerilen devre topolojileri ile literatürde yer alan diğer 1V-altı referans devreleri ile karşılatrılabilir seviyede sıcaklık katsayısı olan referans gerilimleri çok daha düşük güç harcamasıyla elde edilmiştir.