504022100

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik Mühendisliği

Hakan KUNTMAN

Doktora

Eylül

2007

Serdar MENEKAY

KARESEL İŞLEMLERDE KULLANILAN MOS TRANSLİNEER ÇEVRİMLİ DEVRELERDE HATANIN AZALTILMASI

Bu tez çalışması, karesel işlemlerde kullanılan MOS translineer çevrimli devrelerde hatanın azaltılmasına yönelik önerilen yöntem ve bu yöntemin kullanıldığı temel yapılar ile bu yapıların uygulamalarını içerir. Çalışmada MOS translineer çevrimle kurulmuş devrelerin çıkış akım fonksiyonlarında, MOS tranzistor ikincil etkileri nedeniyle oluşan hataların azaltılmasına ilişkin bir yöntem önerilmiş ve önerilen yöntem kullanılarak karekök alıcı, kare alıcı/bölücü ve çarpıcı/bölücü gibi temel yapılar tasarlanmıştır. Önerilen bu temel yapılarla karekök bölgede çalışan süzgeçler, geçişiletkenliği elemanları, analog modülatör ve frekans katlayıcı devre uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda bu devreler, klasik yapılarla da kurulmuş ve karşılaştırmalı analizler gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemin uygulanmasıyla, karesel işlemlerde kullanılan MTL çevrim devrelerinin çıkış fonksiyonunda oluşan hatalar azaltılabilecek ve bu tür devrelerde küçük boyutlu MOS tranzistor kullanımı da mümkün olacaktır. Ayrıca, önerilen yöntemle kurulan devreler kırmık üzerinde emsallerine göre çok daha az yer kaplayacak ve böylece yüksek frekanslarda çalışmaya olanak yaratılabilecektir. Bunun yanında, önerilen devrelerin çıkış akım fonksiyonlarında, kontrol gerilimi ile değişim yapmak mümkündür. Bu da tasarımcıya elektronik olarak ayarlanabilir, doğruluğu artırılmış MTL devreleri gerçekleme olanağı vermektedir. Yapılan tüm analizler, SPICE benzetim programı kullanılarak 0.35μm TSMC LEVEL 3 CMOS parametreleri ile gerçekleştirilmiştir.

REDUCING THE ERRORS IN MOS TRANSLINEAR LOOP CIRCUIT USED IN SQUARE CALCULATIONS

This thesis includes the proposed method used in square calculations for reducing the errors in MOS translinear loop circuit, the main structures and applications which this method used in. In this study, a method to reduce the errors generated by the second order effects in the output current function of the MOS translinear loop circuit is proposed, also square-root circuit, squarer/divider and multiplier/divider circuit designed using this method. Analog building blocks such as square root domain filters, transconductance circuits, analog modulator and frequency doubler circuit designed using proposed main structures in this thesis. Also the application circuits were designed with conventional structures and their comparing analyses were done. By using this method, the output function errors in the MTL circuits used in square calculations can be reduced and the small sized MOS transistors can also be used in these types of circuits. Furthermore, the proposed method enables the circuits to be designed need smaller chip size than their counterparts. Thus they may be operated at much higher frequencies. Moreover, the output current function of the proposed circuits can be controlled by a control voltage. This gives an opportunity to the designer to create high-precision electronically tunable MTL circuits. All of the analyses were performed using TSMC 0.35μm. LEVEL 3 CMOS process parameters with SPICE simulator.

MOSFET, hatanın azaltılması, MOS translineer çevrim, translineer çevrim devreleri

609

504041230

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik Mühendisliği

Prof. Dr. H. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Haziran

2007

Şuayb YENER

BSIM MOSFET Model Parametrelerinin Belirlenmesine Yönelik Algoritmalar

Devre benzetimleri, devre tasarımlarının en önemli aşamalarından biridir. Benzetim sonuçlarının doğruluğu ise transistor modellerinin doğruluğuna bağlıdır. Günümüzde erişilen modern MOSFET teknolojisi ile gerçekleştirilen gelişmiş tümdevre üretiminde, kanal boyu değerleri 0.1µm seviyelerinin altına inmiştir. Yapıdaki karmaşıklık düzeyinin artışı, yeni fiziksel mekanizmalarla karşılaşılmasına neden olmuştur. Bu durum, tasarımcıları gelişmiş ortam ve algoritmalarla oluşturulan zorluk seviyeleri yüksek modellere yöneltmektedir. BSIM3v3, yüksek doğruluklu model gereksinimlerine yönelik geliştirilmiştir. Modelde kısa ve dar kanal etkileri gibi çok önemli olaylar iyi biçimde tanımlanmış, oluşturulan algoritmalar geniş boyutlandırma aralığında doğru sonuç verecek şekilde tasarlanmıştır. BSIM, MOSFET modellemesinin tarihi gelişiminde bir kilometre taşı olmuştur. Bu tez çalışmasında, BSIM3v3 MOSFET model eşitliklerinden parametrelerin çıkarımına yönelik algoritmalar oluşturulmuştur. Parametrelerin belirlenmesi için MATLAB kod yapısı altında model eşitliklerinin çözümüne yönelik programlar yazılmıştır. Oluşturulan programlar, yalnızca transistor karakteristiklerinden elde edilen değerlerin giriş verisi olarak kullanılmasıyla sonuç alınacak biçimde tasarlamıştır. Bu algoritmalar kullanılarak MOSFET BSIM model parametreleri belirlenmiştir. Çıkarımı gerçekleştirilen parametre değerleri kullanılarak SPICE programı ile transistor karakteristiklerinin elde edilmesine yönelik benzetimler yapılmıştır. Son aşamada, benzetim sonuçları ile gerçek karakteristiklere ilişkin sonuçlar karşılaştırılarak yöntemin başarımı belirlenmiştir.

BSIM MOSFET Parameter Extraction Algorithms

Circuit simulations are one of the essential parts of designing integrated circuits. The accuracy of circuit simulations depends on accuracy of the model of the transistors. Today, in the development of modern MOS technology, many new processing techniques have been introduced. The channel length of MOSFETs has been scaled down to the 0.1µm range by developing integrated circuit fabrication. The increasing level of complexity of the device structure caused of new physical mechanisms. This leads to designers to more sophisticated models. BSIM3v3 has been developed for need of device model with high accuracy. In this model, crucial mechanisms; such as short and narrow channel effects are modeled with high accuracy in wide range of device geometries. BSIM is a historic milestone in device modeling. In this thesis, parameter extraction algorithms are designed from the BSIM3v3 MOSFET model equations. The solution codes for the equations are written by MATLAB. The algorithms are designed to give results from only devices characteristics data. BSIM MOSFET model parameters are extracted by these algorithms. The SPICE simulations are performed using extracted parameters. Simulation results have been compared with experimental data. Hence, the work is finalized by determining the model performance and its accuracy.

BSIM, MOSFET, Parametre Çıkarımı

6090101

504041215

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan Kuntman

Yüksek Lisans

Haziran

2007

Mustafa Altun

AKIM MODLU İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ TASARIMI VE UYGULAMALARI

Bu çalışmada, 4 adet CMOS akım modlu işlemsel kuvvetlendirici (COA) yapısı sunulmuştur. Literatürdeki diğer benzer COA yapılarıyla karşılaştırıldığında, önerilen herbir COA’nın birtakım üstünlükleri vardır. COA’ların giriş dirençlerini düşürmek amacıyla pozitif geribesleme tabanlı yeni bir yöntem kullanılmıştır. Bu yöntem önerilen 4 COA yapısının 3’ünde kullanılmıştır. Benzetimler SPICE programı ile yapılmıştır. 0.35μm n-kuyulu CMOS teknolojisi kullanılmış ve tranzistorlar BSIM3v3 ile modellenmiştir. NMOS ve PMOS tranzistorler için eşik gerilimleri sırasıyla 0.5 V ve -0.7 V , besleme gerilimleri ise ±1.5 V dur. Benzetim sonuçlarına göre, önerilen ilk COA yapısının kazanç bandgenişliği çarpımı çok yüksektir, 200 Mhz’in üzerindedir. Yeni bir AB sınıfı giriş katının kullanıldığı ikinci COA yapısı ise yüksek CMRR, 113 dB, sağlamaktadır. Tamamen farksal üçüncü COA yapısında giriş ve çıkış empedanslarını iyileştirmek için yeni yöntemler kullanılmıştır. Son larak, yüksek hızda çalışan tamamen farksal dördüncü COA devresi çok yüksek çıkış direnci, 6.1 GΩ, sağlamaktadır. Uygulama devresi olarak ikinci derecen COA tabanlı süzgeçler tasarlanmıştır. Bu önerilen 4 süzgeçden biri gerilim modunda diğerleri ise akım modunda çalışmaktadır. Süzgeçlerin benzetim sonuçları önerilen COA yapılarının yüksek doğrulukta çalıştığının kanıtıdır.

DESIGN OF A CURRENT MODE OPERATIONAL AMPLIFIER AND ITS APPLICATIONS

In this study, 4 CMOS implementations of current mode operational amplifier (COA) are presented. Each of these COA’s has some sufficient advantages compared to the similar COA circuits in the literature. To achieve very low input resistance, a new technique based on a positive feedback is proposed. This method is used in 3 of the 4 proposed COA’s. Simulations are performed with SPICE using the BSIM3v3 model parameters of an 0.35μm n-well CMOS process. Transistor threshold voltages are 0.5 V for NMOS and -0.7 V for PMOS. COA’s are operated under ±1.5 V voltage supplies. Results of simulations exhibit that first COA exhibits very high gain-bandwidth product exceeding 200 MHz, second COA has 113 dB CMRR with novel class AB input stage, third one is fully differential with input-output impedance improvements, finally the fourth proposed fully differential COA provides high drive capability and very high output resistance, 6.1 GΩ. As application examples, novel COA-based 2nd order filters are presented. Among these 4 proposed filters, one is operated in voltage mode and others are operated in current mode. Simulation results of the filters are the evidences of accuracy of the proposed COA’s.

Akım modlu işlemsel kuvvetlendirici, Aktif Süzgeçler

6090100

504041216

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan Kuntman

Yüksek Lisans

Ocak

2007

Mustafa Saygıner

YENİ FTFN YAPILARI VE UYGULAMALARI

Bu çalışmada, dört uçlu yüzen nulör – FTFN elemanına ilişkin yeni tümleştirilebilir CMOS iç yapıları çok yüksek geçiş iletkenlikleri elde edilecek şekilde tasarlanmış ve devrelere ilişkin başarım özellikleri SPICE benzetim ortamında gösterilmiştir. Gene FTFN elemanına yönelik yeni uygulama yapıları da ele alınarak; birinci dereceden tüm geçiren süzgeç yapısı gerçek ölçme sonuçlarıyla beraber tanıtılmış, topraklanmış endüktans ve kapasite çarpma devreleri birlikte aynı topolojik yaklaşımda elde edilmiştir. Üçüncü dereceden yüksek geçiren Chebyshev tipi bir süzgeç yapısında da önerilen topraklanmış endüktans yapısı için başarım gösterilmiştir. Bitişik devre dönüşümü kullanılarak gerilim modlu dördüncü dereceden tek aktif elemanlı alçak geçiren bir süzgeç yapısı elde edilmiş ve ayrıca video bandı uygulamaları için dördüncü deceden alçak geçiren eliptik tipi bir süzgeç yapısı akım modlu olarak FTFN elemanı kullanılarak gerçekleştirilmiş ve yapılara ilişkin başarımlar gösterilmiştir.

NEW FTFN STRUCTURES AND ITS APPLICATIONS

In this study, new integrated CMOS four terminal floating nullor – FTFN structures have been proposed with their very high transconductance parameters. Performances of the proposed circuits have been tested with the SPICE simulation program. Moreover, some aplication circuits using FTFNs have also been proposed in this thesis. A first order all pass filter with the simulations and experimentally measured results, a grounded inductance simulation and a capacitor multiplier in the same circuit topology have been proposed. There is also a third order high pass Chebyshev filter realisation using the proposed grounded inductance simulation with a given performance success. By using the adjoint network transformation method, a voltage mode fourth order low pass filter with a single operational amplifier is transformed into the current mode equivalent using FTFN as the active element. There is also a FTFN based current-mode fourth-order low-pass elliptic filter realization for the video band applications with the successfully simulated results.

FTFN, CMOS tümdevre tasarımı, aktif devre sentezi

6090100

504031203

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik Mühendisliği

Prof.Dr. Hakan Kuntman

Yüksek Lisans

Haziran

2006

Atilla Uygur

CDTA ELEMANI TASARIMI VE UYGULAMA DEVRELERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Akım modlu işaret işleme günümüzün modern devrelerinin geniş band genişliği, geniş dinamik aralığı gibi ihtiyaçlarını başarıyla karşıladıklarından gerilim modlu devrelere iyi birer alternatif olmaktadırlar. Bu yüzden çok sayıda akım modu yaklaşımını izleyen devreler önerilmekte ve gerilim modlu alternatiflerine göre üstün yanları gösterilmektedir. Farksal akımlı geçiş iletkenliği kuvvetlendiricisi (CDTA) son zamanlarda önerilmiş olan akım modlu uygulamalara uygun bir aktif bloktur. Uygun bir şekilde kullanıldığında etkin devre çözümleri sağlamaktadır. Bu çalışmada farksal akımlı geçiş iletkenliği kuvvetlendiricisi için yeni CMOS devreler önerilmiştir. Bu devrelerin avantajları ve dezavantajları tartışılmıştır. Önerilen devreler çeşitli uygulama devrelerinde kullanılmıştır. Buna ek olarak CDTA elemanını aktif blok olarak içeren yeni uygulama devreleri de önerilmiştir. Önerilen devrelerin başarımlarını göstermek amacıyla SPICE benzetimleri yapılmıştır. Elde edilen benzetimler ile teorik sonuçların birbiriyle yakından uyumlu olduğu görülmüştür.

DESIGN OF THE CDTA ELEMENT AND REALIZATION OF ITS APPLICATIONS

Current-mode signal processing has become a very good alternative to voltage-mode one, which successfully fulfills large bandwidth and wide dynamic range requirements of modern circuits. Therefore, many circuits following “the current mode approach” have been proposed and their advantages over voltage-mode counter parts have been demonstrated. Current differencing transconductance amplifier (CDTA) is a recently reported active building block which is suitable for current-mode applications. It leads to efficient circuit solutions if it is used properly. In this study, new CMOS realizations of the Current Differencing Transconductance Amplifier are given. Advantages and disadvantages of these circuits are discussed. Proposed circuits are used in several application circuits. Moreover, new application circuits including CDTA as active block are proposed. To demonstrate the performance of proposed circuits, SPICE simulations are carried out. Simulation results are found in close agreement with theoretical results.

Akım modlu devreler, CDTA

6240301

504021205

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik Mühendisliği

H. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Mayıs

2005

Sinem ÇİFTÇİOĞLU

YÜKSEK BAŞARIMLI FARK AKIM TAŞIYICI TASARIMI VE UYGULAMALARI

Akım modlu devrelerin gerilim modlu devrelere oranla üstünlüğü, daha yüksek işaret band genişliği, daha iyi lineerlik, daha geniş dinamik aralık, daha basit devre yapısı, gerilimden bağımsız çalışabilme özelliği ve düşük güç harcamasından kaynaklanır. İlk akım taşıyıcı olan birinci akım taşıyıcı (CCI) 1968 yılında Sedra ve Smith tarafından ortaya atılmıştır. Aynı kişiler 1970 yılında ikinci kuşak akım taşıyıcı (CCII) elemanını tanıtmışlardır. Ancak önerildiği ilk on yılda bu elemanın işlemsel kuvvetlendirici elemanına göre üstünlüğünü ortaya koyacak net bir çalışma yapılamamıştır. Bunun sonucunda akım taşıyıcı elemanı seksenli yılların başına kadar kavramsal bir eleman olarak kalmıştır. Ancak tümdevre teknolojisinde bu dönemden sonra ortaya çıkan yenilikler sayesinde, akım taşıyıcının tümdevre içinde de kolaylıkla gerçekleştirilebileceği anlaşılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda akım taşıyıcılarla gerçekleştirilen devrelerin önemli avantajları ortaya çıkmıştır. Gerçekten de pek çok devre bloğu, akım taşıyıcı elemanı ile işlemsel kuvvetlendirici ile olduğundan çok daha kolaylıkla gerçekleştirilebilmektedir. Fark akım taşıyıcı (DCCII) yapısı, tek bir kırmık üzerinde tümleştirilebilecek bütün analog MOS devrelerin tasarımı için ideal sayılabilecek özelliklere sahip, güçlü bir akım modlu devre bloğudur. DCCII, Sedra ve Smith tarafından önerilen CCII yapısından türetilebilir. CCII birçok analog fonksiyonun gerçeklenmesinde kullanılan bir devre bloğu olmasına rağmen, CCII içeren devrelerde çoğunlukla yüzen direnç ve kapasiteler gibi kırmık üzerinde tümleştirilmesi zor elemanlar bulunmaktadır. DCCII yapısı, direnç bölgesinde çalışan MOS transistorlar ile birlikte istenilen analog fonksiyonların gerçeklenmesinde kullanılabilir. Direnç bölgesinde çalışan transistorlardan kaynaklanan, çift ve bazı durumlarda tek kuvvetli lineersizlik terimleri birbirini götürmektedir. Bu çalışmada, yüksek başarımlı CMOS fark akım taşıyıcı yapıları gerçeklenmiş ve oluşturulan iç yapıların başarımı, uygulama devreleri kullanılarak sunulmuştur. Uygulama örneği olarak dört bölgeli analog çarpıcı, akım modlu ve/veya karışık modlu sürekli zaman MOSFET-C süzgeçleri gerçeklenmiştir. Elde edilen benzetim sonuçlarına bakıldığında, önerilen yapıların ideal yapılarla büyük bir uyum içerisinde olduğu görülmektedir.

HIGH PERFORMANCE DIFFERENTIAL CURRENT CONVEYOR DESIGN AND APPLICATION EXAMPLES

Current mode circuits are more superior than voltage mode circuits because they have wider bandwidth, better linearity, wider dynamic range, simpler circuit topology, voltage independency and low power consumption. First generation current conveyor (CCI) was proposed by Sedra and Smith in 1968. They proposed second generation current conveyor circuit in 1970. But a certain work, which shows that the current conveyor is a better device than operational amplifier, couldn’t be done during following ten years. In the result of that, the current conveyor had been a conceptual device until early 1980s. But after innovations in IC technology it was seen that the current conveyor can be realized in ICs simply. In the result of these works, it was understood that the circuits which are implemented by using CCIIs have important advantages. Really, many circuit blocks can be implemented by using CCIIs easier than using Op-Amps. Differential current conveyor (DCCII), is a powerful current-mode building block with properties that make it very suitable for designing all MOS analog circuits which can be integrated on a single chip. The presented analog block is an extension to the second generation current conveyor presented by Sedra and Smith. Although the CCII can be used to realize many analog functions, the circuits employing the CCII often rely on floating resistors and capacitors which is hard to integrate on chip. The presented differential current conveyor can be used with MOS transistors operating in the ohmic region to implement the required analog functions where the even and -in some cases- the odd nonlinearities associated with the transistors operating in this mode are cancelled out. In this work, high performance CMOS differential current conveyor structures are implemented and performance of the realized circuits are examined with application examples. Four quadrant analog multiplier, current mode and/or mixed mode continuous time MOSFET-C filters are implemented as application examples. As it can be seen from the simulation results, performance of the realized circuits are very similar to the ideal ones.

CMOS Akım Taşıyıcı, Fark Akım Taşıyıcı, CCII, DCCII, Filtreler

6090100

504011241

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan Kuntman

Yüksek Lisans

Haziran

2004

Onur Korhan SAYIN

CMOS ECCII İLE YÜKSEK DERECEDEN AYARLANABİLİR AKTİF SÜZGEÇ TASARIMI

Bu çalışmada, elektronik olarak kontrol edilebilen ikinci kuşak akım taşıyıcısı kullanılarak (ECCII), yüksek dereceden ayarlanabilir gerilim ve akım modlu süzgeçlerin elde edilmesi amaçlanmıştır. Tasarım prosedürü kolay ve açıktır. Önerilen ECCII yapıları, klasik ECCII yapılarına göre yüksek çıkış direncine ve geniş giriş gerilimi salınım aralığına sahiptir. Önerilen yüksek dereceden ayarlabilir süzgeçler, işaret akış diyagramı kullanılarak sentezlenmiştir. Yüksek dereceden ayarlanabilir süzgecin herbir katsayısı, sadece bir ECCII tarafından kontrol edilmekte böylece süzgeç katsayıları birbirinden bağımsız olarak değiştirilebilmektedir. ECCII kontrol akımları ayarlanarak süzgeç alçak geçiren, band geçiren, band söndüren, yüksek geçiren vs. olarak çalıştırılabilmekte aynı zamanda yine kontrol akımları değiştirilerek seçilen süzgecin kazancı, kesim frekansı, değer katsayısı elektronik olarak ayarlanabilmektedir.

DESIGN OF HIGH-ORDER TUNABLE ACTIVE FILTERS EMPLOYING CMOS ECCIIs

In this study, high-order voltage and current mode tunable active filters built by electronically tunable second generation current conveyors (ECCII) are presented and analysed. Design procedure is easy and obvious. Proposed ECCII circuits provides higher output impedance and input voltage swing than the classical ECCII circuits. Proposed high-order tunable voltage and current mode active filters are designed using signal flow graphs. Each coefficient of the high-order tunable active filter can be tuned by one and only one ECCII so all of the coefficients can be tuned independently. By changing the control currents, the filter can implement the low-pass, band-pass, band-reject, high-pass as well. Also by the control currents, the gain, pole frequency, and the quality factor of the filter can be set electronically.

Ayarlanabilir aktif süzgeç, ECCII, Devre Sentezi

6090101

504992419

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan Kuntman

Doktora

Mayıs

2004

Muhammed Abdulbaki İbrahim

YENİ CMOS DDCC VE DVCC YAPILARI VE UYGULAMALARI

Bu çalışmada, beş adet yeni CMOS diferansiyel fark akım taşıyıcı (DDCC)/diferansiyel gerilim akım taşıyıcı (DVCC) tasarımı önerilmiştir. Bu yapıların tasarımında, elemanların düşük/yüksek giriş/çıkış empedanslı olmaları, DC özelliklerinin, uçlar arasındaki akım/gerilim izleme yeteneğinin ve uç gerilim/akım-frekans cevabının iyi düzeyde bulunması ve geniş bir lineerliğe sahip olmaları hedef alınmıştır. Bunun yanı sıra, DDCC/DVCC tabanlı yeni uygulama devreleri bu çalışmada önerilmiştir. Bu devreler, gerilim-, akım-, diferansiyel gerilim- ve geçiş iletkenliği-modlarında çalışan devreleri içermektedir. Önerilen devreler, birinci ve ikinci dereceden kanonik tümgeçiren filtreler, tek bir adet aktif eleman üzerine kurulan ikinci dereceden filtreler, çok fonksiyonlu ikinci dereceden filtreler ve bir dijital-analog dönüştürücü devresi gibi uygulama devrelerinden oluşmaktadır. Aktif ve pasif elemanlarının daha az kullanılması, mümkün olduğu kadar topraklı pasif elemanların seçilmesi, katların ardı ardına bağlanmasını sağlayacak şekilde gerilim/akım giriş/çıkış uçlarının (yüksek yada düşük empedanslı çıkışlarının) belirlenmesi önerilen devrelerin genel tasarım kavramında yer almaktadır.

NEW CMOS DDCC AND DVCC STRUCTURES AND THEIR APPLICATIONS

In this study, five novel complementary metal oxide silicon (CMOS) differential difference current conveyor (DDCC)/differential voltage current conveyor (DVCC) circuits are proposed. The goal of the design of these structures is achieving low/high input/output impedances, suitable DC characteristics, good tracking between terminal currents/voltages, good frequency responses of the terminal currents/voltages and wide linearity for the structures. SPICE simulation results show that the proposed CMOS DDCC/DVCC circuits are suitable for CMOS VLSI technologies. Furthermore, new application circuits are proposed. These application circuits operate in voltage-, current-, differential voltage- and transadmittance-modes. The circuits include first- and second-order canonical allpass filters, single active element based second-order filters, multifunction biquadratic filters and a digital to analog converter circuit. The main designing concepts are using minimum active and passive elements, using grounded passive elements as far as possible and taking the voltage/current inputs/outputs through such terminals, which makes easy cascading between the same or different stages.

Akım-modlu devreler, Akım Taşıyıcılar, DDCC, DVCC, CMOS

609

504991073

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Mayıs

2003

Mehmet Şevki ULUSOY

YENİ CMOS BİRİNCİ KUŞAK AKIM TAŞIYICI YAPILARI VE UYGULAMALARI

Bu çalışmada, CMOS teknolojisi ile yeni birinci kuşak akım taşıyıcı yapıları oluşturulmuştur. Yapılar ±2.5V ile beslenmektedir. Önerilen yapıların çıkış katlarında basit akım aynaları kullanıldığı gibi yüksek doğruluklu ve yüksek çıkış dirençli akım aynaları da kullanılmıştır. Devreler, yüksek doğruluk, yüksek çıkış direnci, geniş band genişliği, düşük güç tüketimi gibi özellikleri ile varolan yapılara göre üstünlük sağlamaktadırlar. Ayrıca, CMOS teknolojisi kullanılması nedeniyle de yapılar kolay tümleştirilebilme özelliğine de sahiptirler. Önerilen yapılar, literatürdeki çeşitli uygulama devrelerinde kullanılmış ve yapıların uygulama devrelerinde de yüksek başarımlı olarak çalıştıdığı gözlenmiştir.

NEW CMOS FIRST GENERATION CURRENT CONVEYOR TOPOLOJIES AND APPLICATIONS

In this study, the new first generation current conveyors are obtained by using CMOS technology. The circuits are supplied by ±2.5V. At the output stages of proposed circuits, both the simple current mirrors and current mirrors with high accuracy&high output resistance are used. The circuits are superior to the existed structures with the properties like high accuracy, high output resistance, wide bandwith, low power consumption. Because of the CMOS technology, the circuits are integrated easily. The proposed circuits are used in the applications which are given in the literature and it’s observed that the circuits are also operated succesfully in this application.

CMOS, Akım Taşıyıcı, Bandgeçiren, Birinci Kuşak, Yüksek

609

504942031

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Doktora

Haziran

2002

Rıza Can TARCAN

CMOS ANALOG ÇARPMA DEVRELERİNDE HARMONİK DİSTORSİYONUNUN AZALTILMASINA YÖNELİK YENİ TOPOLOJİLER

Analog çarpma devreleri işaret işleme sistemlerinin anahtar elemanlarından biridir. Dört bölgeli analog çarpma devrelerinin gerçekleştirilmesi için bir çok teknik vardır. Bunların biride doyma bölgesinde çalışan MOS tranzistorun karesel davranışına dayalı yöntemdir. Bu tür devrelerin lineerliğini etkileyen birçok ikinci dereceden etkiler vardır. Mobilite azalması, tranzistorun karesel davranışına bağlı çalışan çarpma devrelerinin lineeritesini bozan en önemli etkilerden biridir. Literatürde tranzistorun karesel davranışına dayanarak çalışan birçok çarpma devresi olmasına rağmen mobilite azalması etkisinden kaynaklanan nonlineerliği azaltmak için hiç bir özel önlem alınmamıştır. Bu tezde MOS tranzistorun karesel davranışını etkileyen mobilite azalması etkisini azaltmak üzere yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemler analog çarpma devrelerine uygulanarak yeni düşük distorsiyonlu çarpma devreleri elde edilmiştir. Bu metodlarla sağlanan avantajlar computer simulasyonlarıyla gösterilmiştir. Sonuçlar önerilen metodların distorsiyonu azaltmakta etkili olduğunu göstermiştir. Ayrıca önerilen yöntemler devrenin distorsiyonunu dışarıdan ayarlayabilme imkanını vermektedir. Bu nedenle bu devreler IC tasarımında yeni olanaklar sunacaklardır.

NEW TOPOLOGIES FOR REDUCİNG HARMONIK DISTORSION IN CMOS ANALOG MULTIPLIER CIRCUITS

Analog multipliers are the key elements of signal processing circuits. There are several techniques of implementing four quadrant multipliers including techniques based on square-law characteristic of the MOS transistor operating in the saturation region. Several second order effects influencing the linearity of multiplier circuits are reported in the literature. Mobility degradation is the most important factor, which degrades the linearity of these kind multipliers. Although there are several analog multiplier circuits based on square-law characteristic of MOS transistor, no special precaution has taken to reduce the nonlinearity due to the mobility degradation. In this thesis new methods have been proposed for reducing the mobility degradation effect on square-law characteristic of the MOS transistor. And these methods have been applied to analog multipliers to form new low distortion multiplier circuits. Computer simulations have demonstrated the advantages provided by the new methods. The results indicate that the proposed methods are affective in reducing the distortion. The proposed methods also allow external tuning of the circuit for minimum distortion. Therefore, the proposed circuits will provide new possibilities in analog IC design.

Analog Multipliers, Doğrusallık, Kısa Kanal Etkisi, Mobilite Azalması

609

Istanbul Technical University

Instıtute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Şubat

2002

Rıza Can TARCAN

CMOS ANALOG ÇARPMA DEVRELERİNDE HARMONİK DİSTORSİYONUN AZALTILMASINA YÖNELİK YENİ TOPOLOJİLER

Analog çarpma devreleri işaret işleme sistemlerinin anahtar elemanlarından biridir.Dört bölgeli analog çarpma devrelerinin gerçekleştirilmesi için bir çok teknik vardır. Bunların biride doyma bölgesinde çalışan MOS tranzistorun karesel davranışına dayalı yöntemdir. Bu tür devrelerin lineerliğini etkileyen birçok ikinci dereceden etkiler vardır. Mobilite azalması, tranzistorun karesel davranışına bağlı çalışan çarpma devrelerinin lineeritesini bozan en önemli etkilerden biridir. Literatürde tranzistorun karesel davranışına dayanarak çalışan birçok çarpma devresi olmasına rağmen mobilite azalması etkisinden kaynaklanan nonlineerliği azaltmak için hiç bir özel önlem alınmamıştır.Bu tezde MOS tranzistorun karesel davranışını etkileyen mobilite azalması etkisini azaltmak üzere yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemler analog çarpma devrelerine uygulanarak yeni düşük distorsiyonlu çarpma devreleri elde edilmiştir.Bu metodlarla sağlanan avantajlar computer simulasyonlarıyla gösterilmiştir. Sonuçlar önerilen metodların distorsiyonu azaltmakta etkili olduğunu göstermiştir. Ayrıca önerilen yöntemler devrenin distorsiyonunu dışarıdan ayarlayabilme imkanını vermektedir. Bu nedenle bu devreler IC tasarımında yeni olanaklar sunacaklardır

NEW TOPOLOGIES FOR REDUCİNG HARMONIK DISTORSION IN CMOS ANALOG MULTIPLIER CIRCUITS

Analog multipliers are the key elements of signal processing circuits. There are several techniques of implementing four quadrant multipliers including techniques based on square-law characteristic of the MOS transistor operating in the saturation region. Several second order effects influencing the linearity of multiplier circuits are reported in the literature. Mobility degradation is the most important factor which degrades the linearity of this kind multipliers. Althought there are several analog multiplier circuits based on square-law characteristic of MOS transistor, no special precaution has taken to reduce the nonlinearity due to the mobility degradation. In this thesis new methods has been proposed for reducing the mobility degradation effect on square-law characteristic of the MOS transistor. And these methods have been applied to analog multipliers to form new low distortion multiplier circuits.The advantages provided by the new methods have been demonstrated by computer simulations. The results indicate that the proposed methods are affective in reducing the distortion. The proposed methods also allow tuning of the the circuit while in operation for minimum the distortion. Therefore, the proposed will provide new possibilities in analog IC design.

Analog Multipliers, CMOS, Kısa Kanal Etkisi, Mobilite Azalması

609

Istanbul Technical University

Instıtute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Doktora

Şubat

2002

Rıza Can TARCAN

CMOS ANALOG ÇARPMA DEVRELERİNDE HARMONİK DİSTORSİYONUN AZALTILMASINA YÖNELİK YENİ TOPOLOJİLER

Analog çarpma devreleri işaret işleme sistemlerinin anahtar elemanlarından biridir.Dört bölgeli analog çarpma devrelerinin gerçekleştirilmesi için bir çok teknik vardır. Bunların biride doyma bölgesinde çalışan MOS tranzistorun karesel davranışına dayalı yöntemdir. Bu tür devrelerin lineerliğini etkileyen birçok ikinci dereceden etkiler vardır. Mobilite azalması, tranzistorun karesel davranışına bağlı çalışan çarpma devrelerinin lineeritesini bozan en önemli etkilerden biridir. Literatürde tranzistorun karesel davranışına dayanarak çalışan birçok çarpma devresi olmasına rağmen mobilite azalması etkisinden kaynaklanan nonlineerliği azaltmak için hiç bir özel önlem alınmamıştır.Bu tezde MOS tranzistorun karesel davranışını etkileyen mobilite azalması etkisini azaltmak üzere yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemler analog çarpma devrelerine uygulanarak yeni düşük distorsiyonlu çarpma devreleri elde edilmiştir.Bu metodlarla sağlanan avantajlar computer simulasyonlarıyla gösterilmiştir. Sonuçlar önerilen metodların distorsiyonu azaltmakta etkili olduğunu göstermiştir. Ayrıca önerilen yöntemler devrenin distorsiyonunu dışarıdan ayarlayabilme imkanını vermektedir. Bu nedenle bu devreler IC tasarımında yeni olanaklar sunacaklardır

NEW TOPOLOGIES FOR REDUCİNG HARMONIK DISTORSION IN CMOS ANALOG MULTIPLIER CIRCUITS

Analog multipliers are the key elements of signal processing circuits. There are several techniques of implementing four quadrant multipliers including techniques based on square-law characteristic of the MOS transistor operating in the saturation region. Several second order effects influencing the linearity of multiplier circuits are reported in the literature. Mobility degradation is the most important factor which degrades the linearity of this kind multipliers. Althought there are several analog multiplier circuits based on square-law characteristic of MOS transistor, no special precaution has taken to reduce the nonlinearity due to the mobility degradation. In this thesis new methods has been proposed for reducing the mobility degradation effect on square-law characteristic of the MOS transistor. And these methods have been applied to analog multipliers to form new low distortion multiplier circuits.The advantages provided by the new methods have been demonstrated by computer simulations. The results indicate that the proposed methods are affective in reducing the distortion. The proposed methods also allow tuning of the the circuit while in operation for minimum the distortion. Therefore, the proposed will provide new possibilities in analog IC design.

Analog Multipliers, CMOS, Kısa Kanal Etkisi, Mobilite Azalması

609

504962018

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. H. Hakan KUNTMAN

Doktora

Kasım

2002

Gürsel DÜZENLİ

SICAK-TAŞIYICI YORULMA ETKİLERİ SONRASINDA ANALOG CMOS DEVRELERİN SİMULASYONU İÇİN UYGUN MOSFET MODELLERİN GELİŞTİRİLMESİ

Bu çalışmanın amacı sıcak taşıyıcılar nedeniyle tümdevre elemanı olan p-MOSFET ve n-MOSFET’lerde oluşan parametre yorulmaların analog uygulamalarına uygun modellenmesidir. Bu güne kadar sıcak taşıyıcıların oluşumu ve modellenmesi üzerinde çok sayıda çalışma bulunmaktadır. Fakat, bu araştırmaların tamamına yakını dijital uygulamaları için yapılmıştır. Analog uygulamalar dijital uygulamalarına göre bir çok noktada farklılıklar göstermektedir. Analog uygulamalardaki güvenirlik tespitlerinin analog devre değişkenleri olan kanal uzunluğu, çalışma noktası ve devre topolojisi dikkate alınarak yapılması gerekmektedir. Sıcak taşıyıcıların etki ettikleri parametreler dijital ve analog uygulamaları için tamamen farklıdır. Çalışmada önerilen modeller, parametre uydurma modelin ve ID model ile ifade edilen modelin üstünlüklerinin bir araya toplanmasıyla gerçekleştirilmiştir. Önerilen modeller, yorulmaya neden olan fiziksel mekanizmayı ampirik bir ifade olarak MOSFET model denklemlerin doğru yerine eklemekle oluşmaktadır. Ampirik ifadeyi MOSFET model denklemlerin doğru yerine eklemekle ID model kadar kullanımı basitleştirilmiş olmaktadır. Ayrıca, ampirik ifade doğrudan yorulmuş ve yorulmamış elemanlardan elde edilmiş olduğundan parametre uydurma modeli kadar yüksek doğruluktadır. Önerdiğimiz modellerin bir diğer önemli özelliği, elemanın ömrünü gerçek çalışma ortamına uygun tahmin edebilmesidir. Bu önemli bir özelliktir, çünkü daha önce geliştirilen yorulma modelleri bu tür bir özelliğe sahip değillerdir. Önerdiğimiz modeller sıcak taşıyıcı yorulma modelini ve ömür tahmin etme modelini, analog uygulamalarına uygun olarak, tek bir model olarak geliştirilmiştir. Geliştirilen modellerin simülasyon sonuçları, ölçüm sonuçları ile doğrulanmaktadır.

DEVELOPMENT OF MOSFET MODELS SUITABLE FOR SIMULATION OF ANALOG CMOS CIRCUITS AFTER HOT-CARRIER STRESS

The focus of this study is the modeling of parameter degradation reliability of p-MOS and n-MOS transistors due to the hot-carriers under analog operation. A lot of efforts have been devoted to study the mechanisms due to the hot-carrier and modeling the device degradation due to these effects. However, these modelings are often performed on digital applications. Analog applications differ from digital ones by a number of points. Analog circuit reliability prediction has to take analog circuit design variables such as channel length, biasing conditions, and circuit topography into consideration. The proposed models combines the advantages of the parameter fitting method and the so-called ID model. The essence of the model is the translation of the physical mechanisms leading to degradation into the MOSFET model equations correct place via an empirical description. Because of the correct place of the empirical description in the MOSFET model equations the parameter extraction will be as simple as that of the so-called ID model. The empirical description was found from different degradations and fresh devices, so the accuracy is as high as that of the parameter fitting method. Another important feature of the proposed models is the prediction of the device lifetime at real life. This is an important feature because most of the developed degradation models are not able to predict the device lifetime. The proposed model includes a hot-carrier degradation model and a lifetime prediction model as a single model suitable for analog applications. The accuracy of the presented models has been verified with experimental data.

Sıcak Taşıyıcılar, Güvenirlik modelleri ve Simülasyon, MOSFET modelleri, SPICE modelleri.

609

504991066

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Haziran

2002

Seçkin BODUR

DEĞİŞTİRİLMİŞ ÜÇÜNCÜ KUŞAK AKIM TAŞIYICI İLE YENİ OLANAKLAR

DEĞİŞTİRİLMİŞ ÜÇÜNCÜ KUŞAK AKIM TAŞIYICI İLE YENİ OLANAKLAR

NEW POSSIBILITIES WITH MODIFIED THIRD GENERATION CURRENT CONVEYOR

In the last years, current mode circuits and current mode circuit elements like current conveyors are subject to many studies. This increasing interest on current mode circuit elements is because of the better linearity and wider bandwidth of the current mode circuit elements than the voltage mode circuit elements. In the same manner, current mode filters provide wider dynamic ranges and wider bandwidths than the similar voltage mode filters. Current mode filters having low input impedences and high output impedences give better possibilities to build high order filters or oscillators by use of cascade filter connections. In this study, it is aimed to build new, high performance internal structures and application circuits for a current mode circuit element, Modified Third Generation Current Conveyor (MCCIII) introduced in the near past. At the end of this study, internal structures for MCCIII with high output impedances and better linearity are obtained.

MCCIII, akım taşıyıcı, evrensel süzgeç, tümgeçiren süzgeç, osilatör

0

504991152

Istanbul Technical University

Institute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Ekim

2002

Reha ÇAPUTÇU

EVİREN VE EVİRMEYEN BİRİM KAZANÇLI KUVVETLENDİRİCİLERLE YAPILAN YENİ SÜZGEÇ TASARIMLARI

Bu çalışmada, genel olarak birinci kuşak, ikinci kuşak, üçüncü kuşak akım taşıyıcılar hakkında bilgi verilmiştir. Daha sonra akım taşıyıcılar ailesine yeni katılan ikinci kuşak eviren akım taşıyıcı (ICCII) aktif elemanı tanıtılmıştır. Bunlara ek olarak ikinci kuşak eviren akım taşıyıcının (ICCII-) ve evirmeyen akım taşıyıcının (CCII+) CMOS gerçeklemelerini gösteren devre çizimleri verilmiştir. 1999 yılında Awad ve Soliman tarafından yayınlanan bir makale ile tanıtılan ikinci kuşak eviren akım taşıyıcı ve ikinci kuşak evirmeyen akım taşıyıcılar kullanılarak, birim kazançlı kuvvetlendirici katları içeren yeni, akım modlu alçak geçiren, band geçiren ve yüksek geçiren ikinci derece Bessel ve üçüncü derece Butterworth süzgeç devreleri tasarlanmış, bunlara ait karakteristik denklemler ve SPICE benzetim programı analizi sonuçlarını gösteren sonuç grafikleri verilmiştir. İdeal devre sonuçları ile CMOS yapılar kullanılarak oluşturulan devrelerin sonuçların birbirine çok yakın olduğu görülmüştür.

NOVEL FILTER DESIGNS REALIZED WITH UNITY GAIN INVERTING AND NON-INVERTING AMPLIFIERS

In this study, general information is given about first, second and third generation current conveyors. Then, the new active element member of the current conveyor family, the second generation inverting current conveyor (ICCII) is introduced. In addition to this, the schematics of the CMOS realizations of inverting and non-inverting second generation current conveyors are given. By using the inverting second generation current conveyor introduced by Awad and Soliman in 1999 and second generation non-invering current conveyors, , novel, current mode, low-pass, band-pass and high-pass second order Bessel filters and third order Butterworth filters , which include unity gain amplifier structures, are designed and the characteristic equations and SPICE simulation results of these filters are shown. The result graphics of the ideal nd real filter structures are observed to ve very close indeed.

Akım taşıyıcı, birim kazanç

6240301

Istanbul Technical University

Institute of Science And Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Haziran

2001

Burçin Serter ERGÜN

YÜKSEK LİNEERLİKTE CMOS DO-OTA TASARIMI

Bu çalışmada, yüksek lineerlikte ve yüksek çıkış empedanslı DO-OTA devreleri incelenmiştir. Bu devreler birçok yapının ana bloğunu oluşturduğu için lineerlikleri büyük önem taşımaktadır. Yüksek lineerlikteki giriş katları ile yüksek çıkış empedanslı çıkış katlarının birleştirilmesiyle yeni devreler sunulmuş ve uygulama olarak da dört tip süzgeç yapısı ortaya konmuştur. Orjinal süzgeç yapıları gerilim modlu olup bu yapıların akım modlu olanları önerilmiştir. Sonuç olarak, çalışmanın başından amaçlanmış olan yüksek lineerlikteki DO-OTA yapıları elde edilmiş ve yüksek çıkış direnci ile de performansları iyileştirilmiştir. Yapılan simülasyon ve testler sonucunda, devrelerin başta süzgeç yapıları olmak üzere, kuvvetlendirici ve diferansiyel daha bir çok devrenin geliştirilmesine uygun olduğu gösterilmiştir.

DESIGN OF HIGHLY LINEAR CMOS DO-OTA

At this work, highly linear DO-OTAs with high output impedances are investigated. Because these cells are the main cells of various blocks, the linearity of these cells is very important. Highly linear input stages and high impedance output stages are combined together and new circuit topologies are introduced and four different types of filters are given as application circuits, at this work. The original filters that are voltage mode, are converted to current mode filters. As a result, the aimed highly linear DO-OTAs are designed and with high output impedance, their performances are increased. As a result of simulations and tests, it is shown that, the usage of circuits at filter structures, amplifiers and at differential stages are suitable for development.

Lineerleştirme, DO-OTA, süzgeç

609

Istanbul Technical University

Instıtute of Science and Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Haziran

2000

Tevfik NUR

TEKRAR DÜZENLENEBİLİR İŞLEM KARTI TASARIMI

Bu çalışmada, bilgisayarlarda veya iş istasyonlarında performans artışı sağlamak ve uygulama çeşitliliği getirmek üzere, FPGA tabanlı bir tekrar düzenlenebilir işlem kartı tasarımı yapılmıştır. Kart, uygulamanın gerektirdiği sayısal tasarımın koşabileceği programlanabilir devre elemanları, bilgisayar arayüzü, kalıcı ve uçucu bellek elemanları gibi temel birimler içermektedir. Ana işlem bloğu olarak, kullanıcıya sahada programlama olanağı veren kapı dizilerinden, SRAM tabanlı bir FPGA elemanı kullanılmıştır. Kart üzerinde koşması istenen sayısal tasarım, yazılım yoluyla FPGA’in konfigürasyon belleğine aktarılabilmektedir. Donanım üzerinde koşan uygulamalar, yazılım ile gerçeklenenlere göre her zaman daha yüksek performans sunarlar. Bu özellik ile yazılımın esnekliği ve donanımın hızı birleştirilmiştir. Kartın bilgisayar ile arayüzü, endüstri standardı olmuş veri yolu olan 32 bit, 33 MHz, PCI v2.1 veri yoluyla sağlanmıştır. Kartın işlevselliğini göstermek için iki örnek uygulama gerçeklenmiştir. Bunlar, seri haberleşme birimi ve şifreleme birimi uygulamalarıdır. Yapılan testler ile tasarlanan kartın, bu uygulamaları başarılıyla gerçeklediği görülmüştür. Tasarlanan kart, bilgisayarların sınırlı donanım ve sınırlı performans özelliklerini arttırmak için tekrar düzenlenebilir işlem kartı olarak kullanılabilir. Her türlü sayısal tasarımın gerçeklenebilmesi için esnek ve modüler yapıda oluşturulmuştur.

DESIGN OF A RECONFIGURABLE COMPUTING BOARD

In this study, an FPGA based reconfigurable computing board has been designed and implemented to improve the computing performance on computers and work stations. It can be used to obtain various hardware and software applications like data processing also. The board, has some main building blocks like programmable components, volatile and non-volatile memories and computer interface. An SRAM based FPGA is used as a main processing unit. Desired digital design to work in FPGA, is transferred to its configuration memory by software. Applications running on hardware always offer higher speed performance than the same applications running on software. FPGA gives a chance to user to change the design in field. This property, combines software’s flexibility and hardware’s speed. An industry standard 32bit, 33MHz, PCI v2.1 bus interface is used between the board and computer. Two sample applications have been implemented to show the board’s functionality. These are serial communication unit and encryption unit applications. These applications have been tested and succesful results have been taken. Designed card can be used as a reconfigurable computing board to develop the computers’ restricted performance and limited resources in many hardware and software applications. The board design is very flexible and has an expandable architecture for implementing every kind of digital design applications.

Programlanabilir Devre Elemanları, FPGA, PCI, Tekrar Düzenlenebilirlik

6090101

Istanbul Technical University

Institute of Science And Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. H. Hakan KUNTMAN

Doktora

Aralık

1999

Tuna B. TARIM

DÜŞÜK GERİLİMLİ ANALOG VLSI DEVRELERİN İSTATİSTİKSEL TASARIMI

Bu çalışmada analog ve analog/sayısal MOS devrelerin fonksiyonel verimini optimize etmeye yönelik bir istatistiksel yöntem geliştirilmiştir. Günümüz teknolojisinin aynı kırmık alanı içerisinde hem analog hem de sayısal devrelerin üretimine yönelik olduğu göz önünde tutulduğunda, metodun amacı analog devrelerin verim kaybının en aza indirilerek tüm kırmık üzerindeki etkisinin minimum düzeyde tutulmasıdır. Metodda design of experiments (DOE) yöntemi, devrede performans üzerinde en etkili elemanların bulunması ve bu elemanlar yardımıyla devreyi temsil eden bir ampirik modelin kurulması için kullanılmaktadır. Reponse surface methodology (RSM), bu ampirik modelin grafik olarak gösterimi için kullanılmaktadır. Bu metod, kırmığın fabrikasyonu sırasındaki rastgele değişimleri modelleyen istatistiksel MOS (SMOS) modelini de içermektedir. Metod, istatistiksel tasarımın büyük önem taşıdığı değişik düşük gerilimli, düşük güçlü devreler üzerinde uygulanarak denenmiştir.

STATISTICAL DESIGN AND YIELD ENHANCEMENT OF LOW VOLTAGE CMOS ANALOG VLSI CIRCUITS

This study shows the development of a statistical optimizer of the functional yield of analog and mixed signal integrated circuits implemented in MOS technology. With current trends leading to complete mixed signal systems on chip, the goal in developing this optimizer has been to minimize the yield loss due to the analog component such that it has little effect on the yield of the mixed signal chip. The optimizer uses the design of experiments (DOE) technique to minimize the number of inputs to the optimizer to those that are most significant. An empirical model is then built using the response surface methodology (RSM) relating the output of interest to a set of independent input variables by using a polynomial fitting model. The method includes the statistical MOS (SMOS) model to incorporate the random variations of the fabrication process. Robust design of analog MOS integrated circuits has been demonstrated using the optimizer. The emphasis has been on low voltage, low power MOS circuits where random variations do not scale down with feature size or power supply voltage making statistical design and optimization a critical step towards achieving manufacturable, robust designs with high yield.

İstatistiksel Tasarım, Verimin İyileştirilmesi, Design of Experiments, Response Surface Methodology, İstatistiksel MOS, Düşük Gerilim, Düşük Güç.

6240301

Istanbul Technical University

Institute of Science And Technology

Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Prof. Dr. Hakan KUNTMAN

Yüksek Lisans

Haziran

1999

Alper DURUK

DİFERENSİYEL FARK AKIM TAŞIYICISI TASARIMI VE BU ELEMANLA ENDÜKTANS SİMÜLASYONU

Bu çalışmada, akım modlu yeni aktif elemanların tasarımlarının hızlanması sonucu 1996 yılında tanıtılan diferensiyel fark akım taşıyıcı (DDCC) elemanı literatürde ilk defa olarak yüksek performanslı şekilde tasarlanmıştır. Giriş ve çıkış katlarının tasarımları ayrı ayrı ele alınmıştır. Oluşturulan bu yeni CMOS tasarımın özellikleri Pspice benzetim programı aracılığıyla ortaya konmuştur. Önerilen bu devre yapısıyla pasif endüktans elemanının yerine geçebilecek 18 tane iki ucu serbest aktif endüktans simülatörü devresi oluşturulmuştur. Bunlardan 12 tanesi incelenmiş ve bunlara ait DDCC'nin eleman idealsizliklerinin katıldığı giriş empedans fonksiyonları yeniden çıkartılmıştır. Endüktans simülatörlerinin uygulaması olarak da bu yapıların kullanıldığı alçak geçiren, yüksek geçiren ve band geçiren filtreler ile bir adet aktif LC osilatörü yapısı hazırlanıp, incelenmiştir. Yapılan analizler bu devrelerin teorik sonuçlarla çok uyumlu olduğunu göstermiştir.

IMPLEMENTATION OF DIFFERENTIAL DIFFERENCE CURRENT CONVEYOR AND INDUCTANCE SIMULATIONS USING THIS ELEMENT

In this work, the first high performance design of differential difference current conveyor (DDCC) has done, which is the result of increasing attention of designing new current mode active elements. The input and output stage designs are explained seperately. This new CMOS designs properties are analysed with Pspice analysis programme. 18 floating inductance simulators using the proposed circuit are given, which can be used instead of passive inductance element. 12 of these simulators are analysed and the input impedance functions of these active elements with nonidealities of the DDCC are given. In order to give applications of the inductance simulators, low pass, high pass, band pass filters and one active LC oscillator using these active inductance simulators are given and analysed. These analysis show that the results are very similar to the theoretical ones.

DDCC, CMOS, SPICE, akım aynası, çıkış katı, eşleşmeme problemi, aktif devre, akım taşıyıcı, endüktans simülatörü, osilatör, filtre

6090101