aalto1 untyped-item.component.html
Implementation of a cyclic-coupled ring oscillator generator
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
ELEC3036
Degree programme
Language
en
Pages
54
Series
Abstract
Due to technology scaling, the design of analog integrated circuit (IC) layouts has continually become more difficult. Reduced layout dimensions and feature sizes increase the effect of parasitic resistances and capacitances (parasitics) and layout dependent effects (LDEs) caused by the layout geometry. Achieving desired layout performance requires excessive iteration as well as trial and error. Recently, layout synthesis methods have been proposed to ease manual layout sizing and drawing. However, the methods offer the designer little control over the details of the result. Nevertheless, a generator-based framework called Berkeley Analog Generator 2 (BAG2) has been presented to offer fully-controllable layout generation with reusable generators.
In addition to increasing adverse layout effects, technology scaling has affected the choice of circuit architecture. Voltage or current-mode data converters suffer from decreased voltage headroom and gain due to the decreased scale. Nevertheless, utilizing time-mode in data conversion alleviates the detrimental effects of scaling, and time-mode data converters can instead benefit from the increased time resolution. One such promising architecture is cyclic-coupled ring oscillator (CCRO), which is utilized as the quantizing oscillator in the time-to-digital converter (TDC) portion of a time-domain analog-to-digital converter (ADC).
The goal of this thesis is to combine the two auspicious subjects and develop a parameterized BAG2 generator realization of a CCRO. Additionally, the functionality and performance of the layouts produced with the generator are verified by generating layouts with different parameters and simulating them. The developed generator produces functioning layouts that perform well in the simulations. The results prove that a high-level general-purpose programming language can be utilized in the design, realization, and verification of complex CMOS ICs in program setups that can be run with practically one command.
Puolijohdevalmistustekniikan kehittymisen mahdollistama mikropiirien kokojen jatkuva pienentäminen vaikeuttaa analogisten mikropiirien suunnittelua. Pienentynyt mikropiirien koko voimistaa niiden layoutien geometriasta johtuvia parasiittisten resistanssien ja kapasitanssien sekä muiden layoutperäisten ominaisuuksien epäedullisia vaikutuksia piirien suorituskykyyn. Halutun suorituskyvyn saavuttaminen vaatii mikropiirien kehityksessä toistuvaa iterointia ja kokeilua. Vastikään layoutsynteesimetodeja on esitetty helpottamaan layoutin suunnittelua ja mitoittamista. Esitetyt metodit kuitenkin tarjoavat suunnittelijalle vain rajalliset mahdollisuudet vaikuttaa synteesin lopputulokseen. Sen sijaan generaattoripohjainen Berkeley Analog Generator 2 (BAG2) -kirjasto tarjoaa käyttäjälleen täyden kontrollin uudelleenkäytettävien layoutgeneraattoreiden luonnissa.
Sen lisäksi, että mikropiirien koon pieneneminen vaikuttaa analogipiirien suorituskykyyn haitallisesti, vaikuttaa se myös valittuihin piiriarkkitehtuureihin. Perinteisten jännite- tai virtapohjaisten AD-muuntimien virhevara sekä vahvistus kärsivät piirien koon pienenemisestä. Aikapohjaisen AD-muuntimen käyttäminen kuitenkin vähentää pienen koon aiheuttamia haittavaikutuksia ja piirin pieneneminen voi olla jopa hyödyksi, sillä piirin aikaresoluutio voi pienenemisen vaikutuksesta kasvaa. Yksi esitelty aikapohjaiseen AD-muunnokseen liittyvä piiri on syklisesti kytketty silmukkaoskillaattori (CCRO), jota käytetään aikapohjaisen AD-muuntimen aika-digitaalimuunnoksessa.
Tämän työn tarkoitus on yhdistää edellä esitellyt lupaavat ratkaisut, eli kehittää BAG2-layoutgeneraattori CCRO:lle. Lisäksi generaattorin tuottamat layoutit verifioidaan tuottamalla niitä eri parametreillä ja simuloimalla niiden suorituskyky. Työssä kehitetty layoutgeneraattori tuottaa toimivia layouteja, joiden simuloitu suorituskyky on hyvä. Työn tulokset osoittavat, että korkean tason yleiskäyttöistä ohjelmointikieltä voi käyttää monimutkaisten CMOS-mikropiirien suunnitteluun, tuottamiseen sekä toiminnan varmennukseen järjestelmällä, joka lopulta toimii yhdellä komennolla.
Description
Supervisor
Ryynänen, JussiThesis advisor
Kosunen, MarkoJärvinen, Okko