Design of a digitally controlled ring oscillator for ADPLL
ADPLL için sayısal kontrollü halka osilatör tasarımı
- Tez No: 687352
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HAKAN DOĞAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ MERVE YÜSRA DOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Sayısal olarak kontrol edilen osilatör, özellikle PLL'lerde geniş kullanımları nedeniyle yaygın olarak araştırılan bir devredir. Bu tez, yeterince geniş bir ayar aralığına ve ince frekans adımlarına sahip, sayısal olarak kontrol edilen bir halka osilatörü önermektedir. Tasarlanan sayısal olarak kontrol edilen halka osilatörü, ADPLL'ye tahsis edildiğinden ve geniş bir ayar aralığı, güç verimliliği ve küçük alan garanti ettiğinden, tek uçlu halka osilatör topolojisine dayanmaktadır. Ana çalışma frekansı gereksinimi, 400 MHz merkezli düşük frekans ve 560 MHz merkezli yüksek frekans olarak verilmiştir. İnce frekans adımları ile yeterince geniş bir ayar aralığı elde etmek ve Proses, Gerilim ve Sıcaklık köşelerini kapsayacak şekilde tasarım, kaba ayar, ince ayar ve işlem köşe ayarı için üç ana ayar ağına dayanır. Bu tasarım, 400MHz'de 1,9MHz ve 560MHz'de 3,8MHz frekans adımı ile (278,9MHz – 1,14GHz) frekans aralığında salınım yapma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, ince frekans adımı 37 kHz'dir ve ana besleme voltajı 1,8V'dir. Kapsanan PVT köşeleri %10 voltaj değişimi, sıcaklık aralığı (71o, - 40o) ve teknoloji hızındaki değişim yavaş, tipik ve hızlıdır. 1MHz ofsetinde faz gürültüsü -113,9dBc ve -111,8dBc'dir ve güç tüketimi 400MHz ve 560MHz için sırasıyla 2,86mW ve 3,83mW'dir. Ayrıca bu çalışma, X-Fab tarafından XH018 0,18µm CMOS teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Önerilen DCO'nun serimini oluşturmak için beş metal katmanın kullanıldığı Cadence Virtuoso Düzen düzenleyici aracı kullanılarak yapılmıştır. Bu işin üst seviye yerleşim boyutları 245µm genişlik ve 315µm yüksekliktir. Son olarak, bu çalışma, teori ile gerçek tasarım ortamı arasındaki boşluğu kapatmak ve gerekli tasarım süresini azaltmak için yapay sinir ağı algoritmalarına dayalı benzersiz bir tasarım modeli önermektedir. Tasarlanan DCO'yu modellemek için yapay sinir ağı tabanlı bir model tasarlanmıştır. Modeli eğitmek ve test etmek için kullanılan veri seti, tasarlanan DCO sonucundan çıkarılır. ANN modelinin performansı, verilen direnç ve kapasitans için DCO'nun salınım frekansını etkin bir şekilde tahmin eden, MSE'nin 3,95x10-5 ve Kök Ortalama Karesi Hatasının (RMSE) 0,0063 olduğu 2,5 MHz'lik bir ortalama hatayla umut verici sonuçlar verir.
Özet (Çeviri)
The digitally controlled oscillator is a commonly investigated circuitry due to its wide uses, especially in PLLs. This thesis proposes a digitally controlled ring oscillator with a sufficiently wide tuning range and fine frequency steps. The designed digitally controlled ring oscillator is based on single-ended ring oscillator topology since it is dedicated to ADPLL and guarantees a wide tuning range, power efficiency and small area. The main operation frequency requirement is given as low frequency centered at 400MHz and high frequency centered at 560MHz. In order to obtain a sufficiently wide tuning range with fine frequency steps and to cover the Process, Voltage, and Temperature corners, the design relies on three main tuning networks for coarse tuning, fine-tuning and process corner tuning. This design has the potential of oscillating at the frequency range of (278.9MHz - 1.14GHz) with a frequency step of 1.9MHz at 400MHz and 3.8MHz at 560MHz. Moreover, the fine frequency step is 37 kHz and the main supply voltage is 1.8V. The PVT corners covered are 10% voltage change, the temperature range of (71o, - 40o), and the change in the technology speed as slow, typical, and fast. The phase noise is -113.9dBc and -111.8dBc at 1MHz offset and the power consumption is 2.86mW and 3.83mW for 400MHz and 560MHz respectively. This work was implemented using XH018 0.18µm CMOS technology by X-Fab. The layout design was done using Cadence Virtuoso Layout editor tool, where five metals layers were used to construct the layout of the proposed DCO. The Top-level layout dimensions of this work are 245µm in width and 315µm in height. Finally, this work proposes a unique design model based on artificial neural network algorithms in order to cover the gap between theory and the real design environment and to reduce the required design time. An artificial neural network-based model is designed to model the designed DCO. The dataset used for training and testing the model is extracted from the designed DCO outcome. The performance of the ANN model gives promising results predicting the oscillation frequency of the DCO effectively for the given resistance and capacitance with an average error of 2.5MHz, where MSE is 3.95x10-5 and Root Mean Squared Error (RMSE) is 0.0063
Benzer Tezler
- Quadrature signal generation in 5-6GHz range using SiGe BICMOS process
5-6GHz aralığında SiGe BICMOS proses kullanılarak 90 derece faz farklı işaret üretimi
PINAR TAŞCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ TOKER
- 125PS LSB column parallel time to digital converter integrated circuit for lidar applications
Lidar uygulamaları için 125PS LSB kolon paralel zaman-sayısal çevirici tümleşik devresi
OĞUZHAN ÖZPINAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Design optimization and experimental validation of the additively manufactured passive vibration isolator of an inertial measurement unit in aerospace applications
Havacılık uygulamalarında bir ataletsel ölçüm biriminin eklemeli imalat ile üretilen pasif titreşim izolatörünün tasarım optimizasyonu ve deneysel doğrulaması
COŞKU VARDALLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
DR. CEYHUN TOLA
- Kromozomal DNA ayrımında kullanılan düşük maliyetli atımlı alan elektroforez cihazının tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of low cost pulse field electrophoresis device used in chromosomal DNA separation
BURAK KOZAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyoteknolojiMersin ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM KÜÇÜKKARA
- Asenkron makinanın hız kontrolü için PID kontrolör tasarımı
The design of pid controller for an induction machine speed control
OKAN TEKMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SALMAN KURTULAN