Ανάλυση και σχεδίαση ενός ρυθμιστή τάσης χαμηλής κατανάλωσης και χαμηλού θορύβου και μιας αναφοράς ενεργειακού χάσματος

Βασιλακόπουλος, Παναγιώτης; Vasilakopoulos, Panagiotis

dc.contributor.author	Βασιλακόπουλος, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Vasilakopoulos, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2024-02-26T09:12:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58948
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26644
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Flicker noise	en
dc.subject	Banba bandgap reference	en
dc.subject	Chopping	en
dc.subject	Chopper ενισχυτής	el
dc.subject	Θόρυβος 1/f	el
dc.subject	Αναφορά ενεργειακού χάσματος	el
dc.subject	Ρυθμιστής τάσης	el
dc.subject	Capacitor-less LDO	en
dc.subject	PSRR	en
dc.subject	Λόγος απόρριψης σήματος τροφοδοσίας	el
dc.title	Ανάλυση και σχεδίαση ενός ρυθμιστή τάσης χαμηλής κατανάλωσης και χαμηλού θορύβου και μιας αναφοράς ενεργειακού χάσματος	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Analysis and Design of a Low-Power, Low-Noise LDO and Bandgap Reference	en
heal.classification	Analog Integrated Circuits	en
heal.dateAvailable	2025-02-25T22:00:00Z
heal.language	en
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-23
heal.abstract	This work explores the analysis and design of low-power, low-noise and innovative solutions for power management systems of sensitive electronic circuits on a chip. Moreover, a low-noise capacitor-less NMOS Low Dropout Voltage Regulator (LDO) is designed and implemented in TSMC 90 nm CMOS technology, able to deliver a maximum load current of 1 mA, while consuming only 70 µA. The LDO features a programmable output voltage range of 0.9 − 1.5 V and supports an operating voltage range of 1.8 − 3.3 V ±5%. Simulation results show, a low frequency power supply rejection of 83 dB, which is maintained up to 100 Hz, after which it decreases due to the limited open-loop gain and bandwidth of the error amplifier, to reach its lowest value of 26 dB at 1 MHz. In order to minimize low-frequency errors such as flicker noise and offset, a dynamic offset cancellation technique known as chopping is applied to the EA. At 1 mHz the simulated output referred flicker noise is −123 dBV/√Hz , while thermal noise doesn’t exceed −145 dBV/√Hz . However, the coexistence of a bandgap reference is mandatory for every LDO system. Therefore, a low-voltage and low-noise bandgap reference circuit is designed and implemented in the same technology. This design is based on the Banba architecture and generates a stable 700 mV voltage with a temperature coefficient of 21.67 ppm/oC. It supports the same supply voltage as the LDO and has a current consumption of only 67.71 µA. Furthermore, it achieves a PSRR of 80.17 dB from DC up to 100 Hz and an output referred thermal noise of −140 dBV/√Hz . Also methods for the reduction of the total noise of the circuit are proposed and tested.	en
heal.abstract	Αυτή η εργασία διερευνά την ανάλυση και τον σχεδιασμό καινοτόμων λύσεων για συστήματα διαχείρισης ενέργειας ευαίσθητων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, τα οποία εμπεριέχονται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα. Επιπλέον, ένας NMOS ρυθμιστής τάσης χαμηλού θορύβου σχεδιάζεται και υλοποιείται σε τεχνολογία CMOS της TSMC των 90 nm, ο οποίος μπορεί να τροφοδοτήσει ένα φορτίο έως και 1 mA, ενώ καταναλώνει μόλις 70 µA. Ο ρυθμιστής τάσης διαθέτει προγραμματιζόμενη έξοδο με εύρος τάσης από 0.9 έως 1.5 V και υποστήριζει ένα εύρος τάσης λειτουργίας από 1.8 έως 3.3 V ±5%. Από τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων φαίνεται ότι ο λόγος απόρριψης του σήματος τροφοδοσίας (PSRR) στις χαμηλές συχνότητες είναι 83 dB, ο οποίος διατηρείται μέχρι και στα 100 Hz, μετά μειώνεται λόγω του περιορισμένου κέρδους ανοιχτού βρόγχου του ενισχυτή σφάλματος έως όπου φτάνει την χαμηλότερη τιμή του των 26 dB στο 1 MHz. Για να μειωθούν τα σφάλματα των χαμηλών συνχοτήτων όπως η απόκλιση και ο θόρυβος των χαμηλών συχνοτήτων, μια τεχνική για την καταπολέμηση των δυναμικών αποκλίσεων, γνωστή και ως chopping, εφαρμόζεται στον ενισχυτή σφάλματος. Στο 1 mHz ο εξομοιωμένος θόρυβος στην έξοδο είναι −123 dBV/√Hz, ενώ ο θερμικός θόρυβος δεν ξεπερνά τα −145 dBV/√Hz. Όμως, σε ένα οποιοδήποτε σύστημα ρύθμισης τάσης η συνύπαρξη μιας αναφοράς ενεργειακού χάσματος είναι απαραίτητη. Για αυτό τον λόγο μια αναφορά ενεργειακού χάσματους χαμηλού θορύβου και χαμηλής κατανάλωσης σχεδιάζεται και υλοποιείται στην ίδια τεχνολογία. Η σχεδίασή της βασίζεται στην αρχιτεκτονική Banba και παράγει μια σταθερή τάση των 700 mV με θερμοκρασιακό συντελεστή 21.67 ppm/oC. Υποστηρίζει τις ίδιες τάσεις λειτουργίας με του ρυθμιστή τάσης και έχει μια κατανάλωση ρεύματος μόλις 67.71 µA. Επιπλέον πετυχαίνει ένα PSRR των 80.17 dB από το DC μέχρι τα 100 Hz και θερμικό θόρυβο εξόδου ίσο με −140 dBV/√Hz . Επιπλέον, προτείνονται και δοκιμάζονται μέθοδοι για την περαιτέρω μείωση του ολικού θορύβου του κυκλώματος αυτού.	el
heal.advisorName	Σωτηριάδης, Παύλος-Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Κακλαμάνη, Δήμητρα-Θεοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	118 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false