Alacsony fogyasztású, ISM sávú ILO áramkörök tervezése

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Bognár György
Elektronikus Eszközök Tanszéke

A mai modern, komplex digitális áramkörök többnyire szinkron működésűek. Szinkron digitális áramkörökben szükség van az úgynevezett órajelre, mely ütemezi és szinkronizálja az áramkör részeinek működését. Ezt az órajelet az áramkör minden részére el kell juttatni, és minden szinkron áramköri részegységnek (pl.: regiszter) meg kell kapnia, méghozzá úgy, hogy az egy lokális adatúton elhelyezett regiszterbankokhoz azonos fázisban (a lehető legkisebb órajelelcsúszással) érkezzen meg. Ezt az órajelelosztó hálózat (Clock Distribution Network – CDN) hivatott megoldani. A feladat megoldása nem magától értetődő, mivel a modern processzorok területe néhány cm2 és több GHz-es frekvencián üzemelnek. Ekkora frekvencián a hullámhossz összemérhető a chip méreteivel, tehát a koncentrált paraméteres megközelítés nem alkalmas a késleltetések becslésére, és reflexiókkal, áthallásokkal is számolni kell. További kihívás a CDN, valamint a teljes áramkör fogyasztásának csökkentése a megfelelő működés érdekében.

Modern processzorokban a fogyasztás csökkentésére elterjedten alkalmazott módszer az áramkör éppen nem használt részeinek alacsonyabb frekvencián történő működtetése, szélsőséges esetben kikapcsolása. Ahhoz, hogy egy áramkör különböző részeit különböző frekvenciákon tudjuk működtetni, az órajel-előállító központoknak dinamikusan változtatható frekvenciájú (stabil, jitter mentes) órajelet kell tudniuk szolgáltatni. Ehhez hangolható frekvenciájú frekvenciaszintézer áramköröket kell használnunk (pl.: fáziszárt hurok – PLL), melyeknek elengedhetetlen részei a frekvenciaosztó áramkörök. A frekvenciaosztó áramkörök alacsony fogyasztása, menet közbeni gyors osztásarány-változtató képessége és robosztus működése kiemelkedő fontosságú.

Az említett kihívásokra jelenthet megoldást az úgynevezett Injection Locked Oscillator (ILO), azaz külső jellel befogott oszcillátor áramkörök alkalmazása. Az ILO áramkörök felhasználása az említett területeken az elmúlt évtizedben kezdődött el és jelenleg is aktív kutatásuk folyik.

Szakdolgozatomban bemutatom a különböző órajelelosztó hálózatok- és az ezekben felhasználható frekvenciaosztó áramkörök architektúráját és működését. Bemutatom az általam tervezett alacsony fogyasztású ILO alapú frekvenciaosztó áramköröket, amelyek kiegészítő digitális áramkörökkel képesek futási időben állítható osztásarányú frekvenciaosztó áramkört alkotni.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.