Ολοκληρωμένα κυκλώματα μεγάλης ταχύτητας για τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές

Abstract

The demand for high speed/high frequency integrated circuits stems from the fact that modern communication applications require high bit rate data transfer. The implementations of these applications on silicon based technologies impose several design challenges. This dissertation tries to address some of these issues. First, we propose a direct parameter extraction procedure for the case of symmetrical differential transmission lines. This method is based on the mixed-mode S-parameter theory and its main advantage is the fact that it doesn’t use any kind repetitive algorithms. Another issue that this dissertation addresses is a calibration methodology for the augmentation of the parameter extraction accuracy of high frequency passive elements (transmission lines and spiral inductors) when an electromagnetic simulator is used. The abovementioned methodologies were utilized in the design and implementation of a fully integrated differential distributed voltage controlled oscillator in a 0.35 μm SiGe BiCMOS technology. As a frequency tuning technique the delay variation by positive feedback is used. The main contribution of this dissertation is the fact that this oscillator is the first fully integrated differential distributed oscillator.

Η ανάγκη για ολοκληρωμένα κυκλώματα που λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες/ταχύτητες πηγάζει από το γεγονός ότι οι τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές νέας γενιάς βασίζονται στη μετάδοση και τη λήψη δεδομένων με πολύ μεγάλους ρυθμούς. Οι υλοποιήσεις των εφαρμογών αυτών σε τεχνολογίες πυριτίου παρουσιάζουν μεγάλες σχεδιαστικές προκλήσεις. Στα πλαίσια της παρούσης διδακτορικής διατριβής, έχοντας κατά νου τις παραπάνω προκλήσεις, αρχικά παρουσιάζεται μια αναλυτική διαδικασία για την εξαγωγή των παραμέτρων μετάδοσης διαφορικών γραμμών μεταφοράς υλοποιημένων σε τεχνολογία πυριτίου. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στη χρήση των παραμέτρων σκέδασης μεικτού ρυθμού και έχει το πλεονέκτημα ότι εξάγει τα χαρακτηριστικά των διαφορικών γραμμών μεταφοράς χωρίς τη χρήση επαναληπτικών μεθόδων. Ένα άλλο θέμα που πραγματεύεται η παρούσα διατριβή είναι μια μεθοδολογία βαθμονόμησης (calibration) για την αύξηση της ακρίβειας ηλεκτρομαγνητικού εξομοιωτή στην εξαγωγή των παραμέτρων που έχουν παθητικά στοιχεία (γραμμές μεταφοράς και σπειροειδείς επαγωγοί υλοποιημένα σε τεχνολογία πυριτίου). Οι δύο παραπάνω μεθοδολογίες χρησιμοποιήθηκαν για τη σχεδίαση και την υλοποίηση πλήρως διαφορικού κατανεμημένου ταλαντωτή ελεγχόμενου από τάση σε τεχνολογία πυριτίου 0.35μm SiGe BiCMOS. Για τη ρύθμιση της συχνότητας χρησιμοποιείται η τεχνική της μεταβολής καθυστέρησης με την αρωγή θετικής ανάδρασης. Η συνεισφορά της παρούσης διδακτορικής διατριβής είναι ότι ο παραπάνω ταλαντωτής είναι ο πρώτος πλήρως ολοκληρωμένος κατανεμημένος διαφορικός ταλαντωτής.