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All-MOSFET M-2M digital-to-analog converter for operation with very low supply voltage

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All-MOSFET M-2M digital-to-analog converter for operation with very low supply voltage

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Título All-MOSFET M-2M digital-to-analog converter for operation with very low supply voltage
Outro título Projeto de um conversor D/A M2M para operação em baixa tensão de alimentação
Autor Mello, Israel Sperotto de
Orientador Klimach, Hamilton Duarte
Data 2015
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Informática. Programa de Pós-Graduação em Microeletrônica.
Assunto Circuitos digitais
Microeletrônica
[en] CMOS analog design
[en] Digital to analog converter
[en] Low voltage design
[en] Mismatch
Abstract Desde os anos 80 a evolução dos processos de fabricação de circuitos integrados MOS tem buscado a redução da tensão de alimentação, como forma de se reduzir o consumo de energia dos circuitos. Partiu-se dos antigos 5 V, padrão estabelecido pela lógica TTL nos anos 70, até os circuitos modernos que operam com alimentação pouco abaixo de 1 V. Entretanto, desde os primeiros anos da década de 2000, a tensão de alimentação está estabilizada neste patamar, devido a limitações tecnológicas que tem se mostrado difíceis de serem transpostas. Tal desafio tem sido estudado por grupos de pesquisa ao redor do mundo, e diversas estratégias tem sido propostas para se chegar a circuitos analógicos e digitais que operem sob tensão de alimentação bem inferior a 1 V. De fato estes grupos têm focado seus estudos em circuitos que operam com tensão de alimentação inferior a 0,5 V, alguns chegando à casa de 200 ou 100 mV, ou até menor. Dentre as diversas classes de circuitos, os conversores de dados dos tipos digital-analógico (DAC) e analógicodigital (ADC) são circuitos fundamentais ao processo de integração entre os módulos que processam sinais analogicamente e os que processam sinais digitalmente, sendo assim essenciais à implementação dos complexos SoCs (System-on-Chips) da atualidade. Este trabalho apresenta um estudo sobre o desempenho da configuração MOSFET em rede M-2M (similar à rede R-2R que emprega resistores), utilizada como circuito conversor digital-analógico, quando dimensionada para operar sob tensão de alimentação muito baixa, da ordem de 200 mV ou inferior. Tal estudo se baseia no emprego de um modelo para os MOSFETs que é contínuo desde a condição de inversão fraca (subthreshold) até a inversão forte, e inclui o uso de um modelo de descasamento entre MOSFETs que é válido para qualquer condição de operação. Com base neste estudo foi desenvolvida uma metodologia de projeto, capaz de estabelecer as relações de compromisso entre “tensão de alimentação”, “resolução efetiva” e “área ocupada em silício”, fundamentais para se atingir um circuito otimizado. Resultados de simulação elétrica são apresentados e confrontados com os resultados analíticos, visando a comprovação da metodologia. O circuito já foi enviado para fabricação, e deve começar a ser testado em breve.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/169086
Arquivos Descrição Formato
001047373.pdf (13.38Mb) Texto completo (inglês) Adobe PDF Visualizar/abrir

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