Mixed-Signal System Design / DAT116
Huvudansvarig: Lars S
Förutsättningar
- Analog teknik i inbyggda system är en interfaceteknik.
- Kursen måste ta upp delar av tidigare DAT100 och DAT115.
Spridda tankar
- Återigen fokus på val och vad som driver valen. Ex: Var lägga gränsen mellan A och D?
- Kravnedbrytning
- Analogt: skatta och hantera fel jämfört med enkel förstärkning.
- Återkoppling
- Matchning, toleranser (kolla med Roger om föreläsning!)
-- Layout här om alls!
- Brus
- Dist
- Differentiell signalering
- Diffsteg (motiveras även från återk.)
- Inte konstruera en OP men förstå dem från spec.
- Modellera OPn på blocknivå. Vi måste utveckla en modell i VerilogAMS, tror jag.
- Digitalt assisterat analogt!
- Hur verifiera prestanda?
- Referera ofta till State-of-the-Art mha ISSCC etc.
- Omvandlarsidan kan inte vara lika heltäckande längre. Nyquist vs noise shape, termometer vs scaling, digital assist.
- Måste ha med switchade cappar eftersom de förmodligen inte sett detta förr.
Bucker
- Finns Springerböcker som som är beställda till påseende; genom Springerlink har vi elektronisk tillgång.
- high-level modeling and synthesis of analog stuff (Gielen)
- variation-aware analog structural synthesis (Steyaert)
- SC techniques (Roermond)
- Måste nog utveckla en sammanfattning för varje vecka, med referenser.
Labbar
- Idé: enkel OP-koppling där icke-idealiteter införs en efter en.
- Brusformning måste nog vara med även bland labbarna. Svårt att förstå.
- Matchning av kapacitanser.
- Monte-Carlo vore bra.
- sprid transistorparametrar och observera offseter?
Måste simuleras en massa!
Såhär står det i kursdefinitionen:
- Select sample rates and converter resolutions which make the required system performance attainable. [Verkar vara förberedelse]
- Estimate the influence of the converter imperfections on converter and system performance. [Detta är lite som nuvarande labbar i DAT115]
- Identify requirements on analog interface components for a given converter solution. [Filter, buffertar och sånt]
- Starting from process specifications, assess achievable cost and performance of analog subsystems, based on examples and calculations. [Handin?]
- Model a mixed-signal subsystem using software tools in order to verify assumptions and hand calculations. [Genomgående flera labbar.]
Generellt upplägg
- Veckoteman
- Kick off föregående fredag
- Litteraturpensum
- Uppgifter att jobba med under veckan
- Under veckan teknisk fördjupning i förel/övn
- Anknyter till litteraturen
- Ev. gästföreläsning
- Rapport ska in nästa fredag
- Utgör labförberedelse
- Samla ihop vad som gjorts under veckan; diskussion
- Totalt 3 timmar på fredagen?
- Labrapport per vecka, och samlad labrapport som handin på slutet. De får editera och denna sätts betyg på. Feedback på de tidigare men ingen resubmit.
Veckoschema v0.3:
- Knyt in till Moore's lag etc, speciellt variabilitet!
- Detta kommer vi att förutsätta att ni kan
- Detta kommer vi att komma fram till
- Detta är upplägget
- Repetition av grundläggande saker: sampling, återkoppling, spektra, addition av okorrelerade effekter...
- Introducera drivande projekt (vad?)
- Hur åstadkomma kravnedbrytning?
- Gör detta för driverapplikationen
- Samla ihop; konstatera att vi behöver ett antal olika kunskaper; inventera behoven
- Laborationen i vecka 2 handlar om sampling och spektra och sånt.
- variabilitet. Uppskatta, hantera. Kjell har redan fixat corners.
- Bygg förstärkare (1 transistor) med gain A, naiv implementation klarar ej variabilitet, återkoppling emittermotstånd minskar känslighet för variabilitet (eg. repetition)
- Generalisera till Blacks modell. Löser variabilitet, men problem: stabilitet, krav på hög gain.
- Återkoppling löser variabilitet!
- Laborationen i vecka 3 måste handla om variabilitet och om hur återkopplingen löser det.
- Frekvensberoende. GBP. ÖF. Poler. Tidsplan, frekvensplan. Simulera med "ideal" OP.
- Bygg filter (OP-RC).
- Integrator. Återkopplingsteori. Stabilitet. (Kompensering? Nog inte.)
- Krav på OPn? Fokus på linjära krav (gain, gränsfrekv). I labben kan vi visa vad som händer när det klipper.
- Laboration i vecka 4 handlar om tidskontinuerliga filter. Högnivåmodell för OP i Spectre?
- passiva komponenter helst C (R dyra och olinjära). Hur utnyttja?
- SC-filter. S/H. Krav på OPn: nu slewing istället. Analys i tidsdomän!
- Här måste det bli differential mode!
- Brus (termiskt, andra). Fundamentalt.
- Återkoppling hjälper inte!
- I labben i vecka 5 konverteras filtret till SC-form.
- Sampling igen. Idealt vs icke.
- Jitter, kT/C (exempel på vitt brus från föregående vecka)
- kvantisering. #bits, SNR idealt.
- Icke-idealiteter, hur man räknar på dem. SNR-påverkan. Termometer vs scaling. ENOB. SFDR.
- Använd filter för anti-aliasing och rekonstruktion. Vad behövs för att inte slösa SNR?
- Lab i vecka 6 handlar om kvantisering.
- Linjäritet är ett ideal. Samlat grepp på olinjäritet.
- Småsignal/storsignal.
- Enkel koppling trans + resistans. Simulera tidsplan, frekvensplan, olika nivåer, olika bias. Observera ökade olinjäriteter, klippning. [Eller bör vi använda OP-koppling?]
- Mått: SDR, IP3. Vad händer med dessa via återkoppling?
- Labtid i v7 används för demonstrationer av olinjäritet och av brusformning.
- effektgränser
- Kvalitetsmått: exempelvis gain per bias. [Ska detta vara här?]
- Svens gästföreläsning!
Efter diskussioner mellan Lars och Lena och även med Kjell ser vi att vi lämpligen byter till ST:s 130 nm-process HCMOS9_GP i båda kurserna.
I Lund har de ett datablad för en 130nm-process. Lena har jämfört data från databladet med de vi har för ST:s process och verkar inte stämma, så det är nog en annan process de använder i Lund. I den dokumentation vi har på papper (Design Rule Manual) finns inte alla data vi behöver. Manualer finns under:
/chalmers/sw/sup/cds/hcmos9gp-9.2/DK_hcmos9gp_A_M6_2V5_HSLL_9.2/doc/Manuals
Nyttiga filer är bl a följande:
TrainingPLS.pdf som innehåller en tutorial om PLS-flödet.
Modelldata finns i underkatalogen:
/chalmers/sw/sup/cds/hcmos9gp-9.2/DK_hcmos9gp_A_M6_2V5_HSLL_9.2/doc/Manuals/ModelsDoc
Det finns två typer av MOS-transistorer, HS = High Speed och LL = Low Leakage och dessutom finns 2V5 som vi normalt inte använder.
LL
Att göra
- Tidsschema
- Fördelning av stoff över labbarna
- Synopsis för föreläsningar
- Litterartururval
