Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm

En respuesta a los recientes avances tecnológicos que exigen sistemas en chip (SoC) más pequeños y rápidos para cumplir con las necesidades computacionales, minimizando el consumo energético, el grupo de investigación en microelectrónica OnChip tomó la iniciativa de desarrollar un nuevo microcontrol...

Full description

Autores:
Barrios Rueda, Daniel Felipe
Matajira Ortiz, Nestor Ivan
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Industrial de Santander
Repositorio:
Repositorio UIS
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/42390
Acceso en línea:
https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/42390
https://noesis.uis.edu.co
Palabra clave:
Comparadores
Offset
Latch
Histeresis
Efectos de Retroalimentación
Comparators
Offset
Latch
Hysteresis
Feedback Effects
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
id UISANTADR2_6b880625866fc4356c17896627df64e4
oai_identifier_str oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/42390
network_acronym_str UISANTADR2
network_name_str Repositorio UIS
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm
title Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm
spellingShingle Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm
Comparadores
Offset
Latch
Histeresis
Efectos de Retroalimentación
Comparators
Offset
Latch
Hysteresis
Feedback Effects
title_short Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm
title_full Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm
title_fullStr Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm
title_full_unstemmed Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm
title_sort Design of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nm
dc.creator.fl_str_mv Barrios Rueda, Daniel Felipe
Matajira Ortiz, Nestor Ivan
dc.contributor.advisor.none.fl_str_mv Ardila Ochoa, Javier Ferney
Rueda Guerrero, Luis Eduardo
dc.contributor.author.none.fl_str_mv Barrios Rueda, Daniel Felipe
Matajira Ortiz, Nestor Ivan
dc.contributor.evaluator.none.fl_str_mv Dovale Vargas, Luisa Fernanda
Cortés Hernández, Lizeth Dayane
dc.subject.none.fl_str_mv Comparadores
Offset
Latch
Histeresis
Efectos de Retroalimentación
topic Comparadores
Offset
Latch
Histeresis
Efectos de Retroalimentación
Comparators
Offset
Latch
Hysteresis
Feedback Effects
dc.subject.keyword.none.fl_str_mv Comparators
Offset
Latch
Hysteresis
Feedback Effects
description En respuesta a los recientes avances tecnológicos que exigen sistemas en chip (SoC) más pequeños y rápidos para cumplir con las necesidades computacionales, minimizando el consumo energético, el grupo de investigación en microelectrónica OnChip tomó la iniciativa de desarrollar un nuevo microcontrolador de baja potencia utilizando una tecnología CMOS de 28 nm, dentro del cual, uno de los bloques es el centro de este proyecto, el cual se basa en diseñar dos comparadores energéticamente eficientes: un comparador estático (tiempo continuo) y un comparador dinámico (con reloj). Diferentes retos surgen durante el diseño debido a las restricciones en el consumo de corriente, el tiempo de respuesta y el offset referido a la entrada. De la misma forma, la tecnología de 28nm también presenta un conjunto de retos que implican pronunciadas variaciones e inconsistencias en el rendimiento de los dispositivos después de la fabricación, causado por las reducidas dimensiones físicas, como lo son, la corriente de fuga (leakage), desigualdades entre transistores, y elementos parásitos. Este trabajo detalla el funcionamiento de los comparadores y las decisiones de diseño consideradas para entender el diseño final, el cual es presentado como esquemático y layout. Por último, este diseño se valida mediante simulación, que incluye extremos estadísticos de proceso, tensión y temperatura (PVT), así como variaciones de Monte Carlo de parámetros y la extracción de efectos parásitos (resistencias y capacitancias) post-layout.
publishDate 2024
dc.date.accessioned.none.fl_str_mv 2024-05-16T13:11:02Z
dc.date.available.none.fl_str_mv 2024-05-16T13:11:02Z
dc.date.created.none.fl_str_mv 2024-05-15
dc.date.issued.none.fl_str_mv 2024-05-15
dc.type.local.none.fl_str_mv Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
dc.type.hasversion.none.fl_str_mv http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.coar.none.fl_str_mv http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
format http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.identifier.uri.none.fl_str_mv https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/42390
dc.identifier.instname.none.fl_str_mv Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame.none.fl_str_mv Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl.none.fl_str_mv https://noesis.uis.edu.co
url https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/42390
https://noesis.uis.edu.co
identifier_str_mv Universidad Industrial de Santander
dc.language.iso.none.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.license.none.fl_str_mv Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri.none.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.rights.coar.none.fl_str_mv http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.accessrights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.creativecommons.none.fl_str_mv Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
rights_invalid_str_mv Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.mimetype.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty.none.fl_str_mv Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program.none.fl_str_mv Ingeniería Electrónica
dc.publisher.school.none.fl_str_mv Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones
publisher.none.fl_str_mv Universidad Industrial de Santander
institution Universidad Industrial de Santander
bitstream.url.fl_str_mv https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/6630471c-0af3-4876-9a22-c50581ab4ba3/download
https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/1e2f8631-9a42-4aaa-a280-88fd9f3e5d55/download
https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/9b5209a9-3d9a-4e1c-af01-e48e98838e72/download
https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/b3d9e3fb-8a4d-4085-9ded-28f0ad420748/download
bitstream.checksum.fl_str_mv 7e48a283995431d082415781119f4c34
2b27548c22ac751941cc2d023cd9174b
ac66710ca4b4dd5c3eed6cd47c850bbd
d6298274a8378d319ac744759540b71b
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv DSpace at UIS
repository.mail.fl_str_mv noesis@uis.edu.co
_version_ 1814095178901749760
spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Ardila Ochoa, Javier FerneyRueda Guerrero, Luis EduardoBarrios Rueda, Daniel FelipeMatajira Ortiz, Nestor IvanDovale Vargas, Luisa FernandaCortés Hernández, Lizeth Dayane2024-05-16T13:11:02Z2024-05-16T13:11:02Z2024-05-152024-05-15https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/42390Universidad Industrial de SantanderUniversidad Industrial de Santanderhttps://noesis.uis.edu.coEn respuesta a los recientes avances tecnológicos que exigen sistemas en chip (SoC) más pequeños y rápidos para cumplir con las necesidades computacionales, minimizando el consumo energético, el grupo de investigación en microelectrónica OnChip tomó la iniciativa de desarrollar un nuevo microcontrolador de baja potencia utilizando una tecnología CMOS de 28 nm, dentro del cual, uno de los bloques es el centro de este proyecto, el cual se basa en diseñar dos comparadores energéticamente eficientes: un comparador estático (tiempo continuo) y un comparador dinámico (con reloj). Diferentes retos surgen durante el diseño debido a las restricciones en el consumo de corriente, el tiempo de respuesta y el offset referido a la entrada. De la misma forma, la tecnología de 28nm también presenta un conjunto de retos que implican pronunciadas variaciones e inconsistencias en el rendimiento de los dispositivos después de la fabricación, causado por las reducidas dimensiones físicas, como lo son, la corriente de fuga (leakage), desigualdades entre transistores, y elementos parásitos. Este trabajo detalla el funcionamiento de los comparadores y las decisiones de diseño consideradas para entender el diseño final, el cual es presentado como esquemático y layout. Por último, este diseño se valida mediante simulación, que incluye extremos estadísticos de proceso, tensión y temperatura (PVT), así como variaciones de Monte Carlo de parámetros y la extracción de efectos parásitos (resistencias y capacitancias) post-layout.PregradoIngeniero ElectrónicoIn response to the recent technological advancements that necessitate smaller and faster systems-on chip (SoC) to meet computational power demands while minimizing power consumption, the microelectronics research group OnChip has taken a proactive approach by developing a new low-power microcontroller using a 28nm CMOS technology node, inside of which, one of the blocks in this is the focus of this work, which involves designing two energy-efficient voltage comparators: a static (continuous time) comparator and a dynamic (clocked) comparator. Different challenges arise in the design due to restrictions on current consumption, time delay, and input referred offset. The 28nm technology also presents another set of challenges involving pronounced variations and inconsistencies in device performance after fabrication caused by the smaller physical dimensions, such as current leakage, mismatches, and parasitics. Furthermore, the research involves conducting additional measurements to characterize the comparators, including the input common-mode range (ICMR), input referred noise, slew rate, and other relevant parameters. This work contains the comparator’s functioning and the design decisions made to comprehend the final design, presented in schematic and layout forms. Finally, the design undergoes validation through simulation, encompassing statistical corners of process, voltage, and temperature (PVT), as well as Monte Carlo variation of parameters and post-layout parasitic (resistances and capacitances) extraction.application/pdfengUniversidad Industrial de SantanderFacultad de Ingeníerias FisicomecánicasIngeniería ElectrónicaEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y TelecomunicacionesComparadoresOffsetLatchHisteresisEfectos de RetroalimentaciónComparatorsOffsetLatchHysteresisFeedback EffectsDesign of Energy-Efficient Voltage Comparators for a System-on-Chip Using a CMOS Technology Node of 28nmTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bccehttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fORIGINALNota de proyecto.pdfNota de proyecto.pdfapplication/pdf324388https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/6630471c-0af3-4876-9a22-c50581ab4ba3/download7e48a283995431d082415781119f4c34MD52Carta de autorización.pdfCarta de autorización.pdfapplication/pdf106421https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/1e2f8631-9a42-4aaa-a280-88fd9f3e5d55/download2b27548c22ac751941cc2d023cd9174bMD55Documento.pdfDocumento.pdfapplication/pdf6934732https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/9b5209a9-3d9a-4e1c-af01-e48e98838e72/downloadac66710ca4b4dd5c3eed6cd47c850bbdMD56LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82237https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/b3d9e3fb-8a4d-4085-9ded-28f0ad420748/downloadd6298274a8378d319ac744759540b71bMD5420.500.14071/42390oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/423902024-05-16 08:11:05.726http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessembargohttps://noesis.uis.edu.coDSpace at UISnoesis@uis.edu.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

Publicaciones similares