Low power design of CMOS time to digital converters

• Autor(a) principal: Wuerdig, Rodrigo Nogueira
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/264328
• topic: Conversor analogico/digital; Sistema eletronico; Algoritmo de busca harmônica; Dispositivos móveis; Time-to-Digital Converters; Low-Power Design; VLSI CMOS; Mixed Signal CMOS

Conversores Time-to-Digital (TDC) são extremamente importantes em sistemas eletrônicos para a quantização de tempo entre eventos de natureza digital. Dentre as diversas aplicações de um TDC, este trabalho foca na aplicação dele para conversores analógico digital de aproximações sucessivas (SAR ADC) de baixa dissipação de potência. A utilização de TDCs pode auxiliar o algoritmo de busca SAR em aumentar a eficiência energética do esquema de chaveamento capacitivo do conversor digital-analógico (DAC), que é um bloco crítico dos SAR ADCs. Este trabalho tem quatro grandes propósitos: i) investigar otimizações de dimensionamento de transistores para células digitais antes do desenvolvimento do circuito e das células que compõem o mesmo ; ii) realizar simulações em nível de dispositivo. para investigar a possibilidade de uso do ponto de operação ZTC dos MOSFETs, abaixo da tensão VDD) nominal, para a tecnologia 28 nm alvo deste trabalho; iii) comparar diferentes topologias de Flip-Flops tipo D em termos de tempo de setup, dissipação de potência e de energia por operação; iv) desenvolver um TDC do tipo flash para conversores analógico-digital SAR. A implementação do TDC de 8-bits de profundidade, no nodo tecnológico Bulk CMOS fabricável de 28 nm, demonstrou uma boa cobertura das entradas possíveis do SAR ADC após a etapa calibração. Os resultados de simulação indicam que a potência média dissipada pelo TDC chegou a valores como de 9.25 µ W em 600 mV, fazendo dele uma boa opção para a aplicação em circuitos não muito demandantes em termos de precisão.