ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ ΣΕ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ CMOS

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία επαλήθευσης αναλογικών CMOS κυκλωμάτων, με έμφαση στους πλήρως διαφορικούς τελεστικούς ενισχυτές και τον βρόχο Common-Mode Feedback (CMFB). Μέσω θεωρητικής ανάλυσης, ενσωμάτωσης εργαλείων CAD και αυτοματοποίησης με scripts, αναπτύχθηκε ένα πλήρες verification flow που εξασφαλίζει ακρίβεια, αναπαραγωγιμότητα και συνέπεια από το επίπεδο του σχεδίου (schematic).Τα πρώτα κεφάλαια παρουσιάζουν τη θεωρητική ανάλυση των αναλογικών CMOS κυκλωμάτων (διαφορικό ζεύγος, καθρέπτες ρεύματος, πηγές και ενεργά φορτία), καθώς και τις βασικές αρχές λειτουργίας των fully differential op-amps.Δίνεται, επίσης, έμφαση στη λειτουργία του CMFB, που ρυθμίζει τη μέση τάση εξόδου και εξασφαλίζει σταθερότητα και γραμμικότητα.Ακολουθεί η περιγραφή της ροής σχεδίασης με εργαλεία CAD (Cadence Virtuoso, Spectre/SpectreRF, ADE Assembler/Explorer) και η πλήρης αυτοματοποίηση μέσω OCEAN/SKILL scripts για εκτέλεση εξομοιώσεων, καταγραφή αποτελεσμάτων και παραγωγή αναφορών. Το Verification Plan περιλαμβάνει εξειδικευμένα testbenches για την επαλήθευση όλων των προδιαγραφών (gain, phase margin, CMRR/PSRR, noise, distortion, slew rate, output swing), καθώς και PVT και Monte Carlo αναλύσεις για την αξιολόγηση της αξιοπιστίας του σχεδίου.Η ενότητα αποτελεσμάτων παρουσιάζει την λειτουργία του κώδικα που εκτελεί τις εξομοιώσεις, τα διαγράμματα DC gain καθώς και την δυνατότητα επέκτασης και σε άλλες τοπολογίες, συγκεκριμένα εξετάζουμε έναν single-ended op-amp. Τέλος, συζητούνται οι δυνατότητες επέκτασης της ροής σε περιβάλλοντα αυτοματοποιημένης επαλήθευσης (CI) με nightly runs και Verilog-A helpers, ενισχύοντας περαιτέρω την αποδοτικότητα και τη διαφάνεια της διαδικασίας.ΣυμπερασματΙκά, η εργασία αποδεικνύει ότι η συνδυασμένη χρήση θεωρητικής ανάλυσης, εργαλείων Virtuoso/Spectre και αυτοματοποιημένων flows OCEAN/SKILL οδηγεί σε μια αξιόπιστη, επαναλαμβανόμενη και κλιμακούμενη μεθοδολογία επαλήθευσης αναλογικών CMOS κυκλωμάτων, μειώνοντας το χρόνο tape-out και τα ανθρώπινα σφάλματα.