Dissertação de Mestrado

Este trabalho apresenta o estudo e projeto de um circuito amostrador de sinais utilizando a técnica de amostragem de tempo equivalente, que será aplicado em um sistema de detecção de câncer de mama que opera em banda ultra larga (UWB). A topologia base do circuito é a de um seguidor de fonte chaveado, com uma rede de casamento de impedâncias ativa na entrada. O circuito foi desenvolvido primeiramente na tecnologia da TSMC de 180 nm, e a abordagem foi construir uma topologia de extremidade única para reduzir área e consumo de energia. O projeto completo foi realizado utilizando as ferramentas de projeto da Cadence, e para as verificações físicas e extração de parasitas foi utilizado o Calibre, da Siemens. Aplicando a técnica de projeto gm/ID, conseguiu-se realizar a polarização do circuito principal, tendo como meta atingir a frequência de trânsito (fT ) indicada para a aplicação. Foram analisados os resultados do parâmetro de espalhamento S11 para identificar o casamento de impedância do circuito com uma resistência de 50 e, também, a resposta transiente de entrada e saída do circuitos apenas no modo de condução e também nos modos de condução e retenção. O layout do circuito foi desenvolvido ocupando uma área de 179 x 203 m2. O projeto em 180 nm foi fabricado e medido diretamente no chip, alcançando uma largura de banda de aproximadamente 8 GHz, analisado mediante o parâmetro S11, e teve um consumo de energia de 18 mW. O mesmo circuito também foi projetado na tecnologia de 65 nm da TSMC, com o intuito de melhorar a resposta em frequência do circuito e reduzir tanto a área, quanto o consumo. As mesmas etapas de projeto foram desenvolvidas, porém não realizando a fabricação e, consequentemente, a medição em laboratório. Na simulação pós-layout, foi obtida a banda de 5 GHz, variando de 2 GHz até aproximadamente 8 GHz, com o consumo de 4, 6 mW, o reduzindo em 75% e ocupando uma área de 116 x 71, 3 m2, uma redução de aproximadamente 77%.

This work presents the study and design of a signal sampling circuit using the equivalent time sampling technique for application in an ultra-wideband (UWB) breast cancer detection system. The basic circuit topology is that of a switched source follower, with an active impedance matching network at the input. The circuit was primarily developed using the TSMC 180 nm technology, and the approach was to build a single-ended topology to reduce area and power consumption. The designed layout occupies an area of 179 x 203 m. It was implemented using the Cadences analog design enviroment, and for physical verification it was used the Calibre tool, by Siemens. The circuit was biased and designed applying the gm/ID technique, aiming to achieve the transistor transit frequency (fT ) enough to work at the application bandwidth. Were simulated both SP (S-parameters) and transient analysis to check the S11 parameter and the input-output behavior. In 180 nm, the circuit was fabricated and measured directly on the chip, it achieved a bandwidth of approximately 8 GHz, analyzed through the S11 parameter, and had a power consumption of 18 mW. The same topology was designed in the 65 nm, in order to obtain an area and consumption savement, and also a better frequency response. The design flow was the same, however it was not possible to fabricate it and tested it in the laboratory. Simulation was done in the post layout stage, reaching a 5, 2 GHz bandwidth and wasting 4,6 mW of power, saving about 75% comparing with the 180 nm version. The layout area was also reduced, obtaining 116 x 71, 3 m2, a 77% savement.