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Main Title: Vergleichende Untersuchung und Entwicklung von Verzögerungselementen für hochlineare Ring-Oszillatoren
Translated Title: Comparative study and development of delay elements for highly linear ring oscillators
Author(s): Pashmineh, Sara Toktam
Advisor(s): Klar, Heinrich
Völker, Matthias
Referee(s): Klar, Heinrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Master Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Bei einem ringoszillator-basierten ADC kann die Erhöhung der Auflösung durch den Einsatz eines Ringoszillators erreicht werden. Jedoch ist eine hohe Linearität für Ringoszillatoren von entscheidender Bedeutung, da die Nichtlinearität der Oszillatoren die Leistungseffizienz des oszillatorbasierten ADCs negativ beeinflusst. Bis jetzt wurde die Nichtlinearität eines VCOs durch verschiedene Techniken kompensiert z.B. durch eine Rückkopplung des Ausgangssignals auf den Eingangssignal. Diese Lösung hat zwei Nachteile. Zu einem werden zusätzliche Schaltungen nötig, die eine große Chip-Fläche erfordern. Zum anderen wird entsprechend der zusätzlichen Schaltungen mehr Strom bzw. Leistung verbraucht. Infolgedessen verschlechtert es die Gütezahl "FOM" des ADCs. Deshalb ist die Entwicklung eines Ringoszillators mit hoher Linearität ein wichtiges Ziel. Die Ringoszillatoren bestehen aus einer geschlossenen Kette der in Reihe geschalteten Inverter, deren Verzögerungszeit von der Umladung der Lastkapazität jedes Inverters verursacht wird. Somit hängt die Verzögerungszeit von der Lastkapazität, dem Umladestrom und dem Spannungshub der Lastkapazität bei der Auf- bzw. Entladung ab. Die Lastkapazität und deren Spannungshub sind aufgrund der konstanten Versorgungs-Spannung ebenfalls konstant. Daher kann die Verzögerungszeit durch die Veränderung des Versorgungsstroms variiert werden. Da die Oszillatorfrequenz mit der inversen Verzögerungszeit proportional ist, hat sie einen linearen Zusammenhang mit dem Versorgungsstrom. Die Erfindung von Matthias Völker und Harald Neubauer (Fraunhofer IIS) hat diese Eigenschaft für die Linearität des Ringoszillators genutzt, wobei der Versorgungsstrom mit Hilfe einer Regelschleife der Steuergröße angeglichen wird. Somit wird ein linearer Zusammenhang zwischen der Ring-oszillator-Frequenz und der Steuergröße erreicht. Im Rahmen dieser Masterarbeit, die in Zusammenarbeit mit der technischen Universität Berlin (Institut Mikroelektronik) und dem Fraunhofer IIS (Abteilung IC-Entwurf Analog Systeme) in Erlangen erstellt wurde, wurden zuerst Kriterien definiert, um die Nichtlinearität der bereits entworfenen Ringoszillatoren zu beurteilen. Durch die Schaltungs-Analyse mit Hilfe der Simulation unter Cadence und Matlab wurden die Ursachen der Nichtlinearität der drei ausgewählten Ringoszillatoren analysiert und verglichen. Anschließend wurde ein optimierter Ringoszillator entworfen, der eine bessere Linearität im Vergleich zu den untersuchten Oszillatoren hat. Die untersuchten Ringoszillatoren sind auf einem 11 Element CMOS-Inverter, die in einer 180 nm CMOS Technologie implementiert wurden, basiert und werden von einer Spannung von 1,8 V versorgt.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-45939
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4205
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3908
Exam Date: 28-Apr-2011
Issue Date: 23-Jan-2014
Date Available: 23-Jan-2014
DDC Class: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): Verzögerungselemente
Hochlineare Ring-Oszillatoren
Delay elements
highly linear ring oscillators
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de/
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 4 Elektrotechnik und Informatik » Institut für Technische Informatik und Mikroelektronik » Publications

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