Slice-based analog design and its application to particle physics instrumentation
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Date
2021
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Abstract
Los avances durante las últimas décadas en la automatización del diseño electrónico (EDA) para el diseño de circuitos integrados digitales, han llevado al desarrollo de un conjunto de herramientas y metodologías robustas que automatizan casi todas las etapas de bajo nivel en el flujo de diseño digital. En contraste, el diseño de circuitos integrados analógicos sigue siendo un proceso hecho mayormente a mano, que requiere mucho tiempo y conocimientos. La cantidad de iteraciones de diseño puede reducirse con el uso de tablas de valores realistas mediante la técnica de diseño gm/ID, sin embargo, el proceso sigue siendo lento y propenso a errores, con un resultado final de aplicabilidad limitada mas allá del alcance de las especificaciones iniciales. La metodología de diseño basado en slices, introducida por primera vez en esta tesis, es un nuevo enfoque para el diseño de circuitos integrados analógicos, adecuado para la implementación en herramientas EDA, que tiene como objetivo ayudar a reducir la cantidad de tiempo y conocimiento requerido por el usuario. Esta metodología, inspirada en la técnica de diseño gm/ID, se basa en el uso de celdas de circuito pre-diseñadas, que pueden ser conectar en paralelo para escalar medidas de desempeño importantes. Esta tesis sirve como una exploración práctica de la metodología de diseño basada en slices. Dada la dificultad de evaluar la aplicabilidad y practicalidad de la metodología de diseño propuesta a una topología de circuito arbitraria, se decidió limitar el alcance del análisis a una aplicación objetivo en particular: amplificadores sensibles a la carga (CSA) de bajo ruido utilizados en instrumentación para experimentos de física de partículas. En este contexto, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) custom fue diseñado, fabricado y probado, que incluye un CSA disenado con la técnica basada en slices, para evaluar consideraciones prácticas de diseño y medir el desempeño real del circuito.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021