Alacsony fogyasztású ILO alapú frekvenciaosztó áramkörök tervezése
Alacsony fogyasztású ILO alapú frekvenciaosztó áramkörök tervezése
A frekvenciaosztó áramköröket széles körben alkalmazzák a nagyfrekvenciás digitális (pl.: rendszerchip eszközök) és analóg rádiófrekvenciás áramkörökben. Távközléstechnikában leggyakrabban a vivőfrekvencia gyors és pontos beállításáért felelősek. A vivőfrekvencia előállítását az ún. frekvenciaszintézer áramkörök (pl: fáziszárt hurok – PLL) végzik, melynek így elengedhetetlen részei a frekvencia osztó áramkörök. Ezen áramkörök alacsony fogyasztása, menet-közbeni gyors osztásarány-változtató képessége (akár másodpercenként több ezerszer pl.: BlueTooth 1600) és robosztus működése kiemelkedő fontosságú.
A digitális áramkörök integráltságának és sebességének növekedésével új igények és elvárások merültek fel a frekvenciaosztó áramkörökkel szemben. Mivel rendszerchip eszközökben a szilícium területe egyre inkább növekszik, így nagyon fontossá vált, hogy a digitális áramkörünk különböző részeit különböző órajel frekvencián tudjuk üzemeltetni. Ennek érdekében az órajel-előállító központo(k)nak is dinamikusan változtatható frekvenciájú (stabil, jitter mentes) órajelet kell tudni(uk) szolgáltatni, ami ugyancsak mutatja a frekvenciaosztó áramkörök jelentőségét.
Az egyik legnagyobb kihívás a frekvenciaosztó áramkörök fogyasztásának csökkentése, ugyanis a működési frekvencia növekedésével az áramkörök disszipációja is növekszik. A fokozott disszipáció következtében az áramkörök hőmérséklete szintén megnövekszik, magasabb hőmérsékleten pedig a tranzisztorok munkapontja, nyitófeszültsége megváltozik, ami például digitális áramkörökben a késleltetések megváltozásához, és akár hibás működéshez is vezethet.
Ezen új kihívásokra jelenthet egyféle megoldást az úgynevezett Injection Locked Oscillator (ILO), azaz külső jellel befogott oszcillátor áramkörök alkalmazása. Az ILO áramkörök az elmúlt évtizedben jelentek meg és jelenleg is aktív kutatásuk folyik.
A TDK munkámban bemutatom a különböző frekvenciaosztó áramkörök felépítését, architektúráját és működését különös tekintettel az ILO alapú frekvenciaosztókra. Célom olyan ILO alapú frekvenciaosztó áramkört tervezni, amely képes a beérkező nagyfrekvenciás jelet befogni és leosztani annak frekvenciáját a megfelelő arányban. Továbbá olyan ILO áramkört tervezni, amely kiegészítő digitális áramkörökkel képes egy futási időben állítható osztásarányú frekvenciaosztó áramkört alkotni. A tervezés folyamán figyelmet fordítok a technológia szórások és a hőmérsékletváltozás okozta hatások minimalizálására a gyárthatóságra tervezés érdekében. Mindezeket figyelembe véve célom az ILO fogyasztását alacsony szinten tartani, és egy széleskörűen alkalmazható áramkört készíteni.
A tervezőmunkát a Cadence IC 6.1.5. integrált áramkörtervező eszközzel és az Austria Micro Systems 350 nm-es és 180 nm-es technológiáján végzem.
szerző
-
Szele Dávid
Villamosmérnöki szak, alapképzés
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Bognár György
egyetemi docens, Elektronikus Eszközök Tanszék -
helyezés
Egyetemi Hallgatói Képviselet I. helyezett