Conception d`un CAN 4 bits

Rapport de projet de design mixte
Jonathan AMIACH
Julien POITRAT
Rapport de projet de design Design d'un CAN 4 bits
Rapport de projet de design mixte
Conception d'un C.A.N.
4 bits
technologie AMS 0.35 µm

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Table des matières
1.Introduction....................................................................................................................................... 8
2.Présentation du projet........................................................................................................................ 9
1.Schéma bloc total .......................................................................................................................10
2.Cahier des charges du projet.......................................................................................................11
3.Étude de la partie analogique.......................................................................................................... 12
1.Étude du générateur de rampe analogique..................................................................................12
1.Choix du gain de l'AOP ........................................................................................................ 12
2.Détermination du slew rate de l'AOP ....................................................................................13
3.Détermination du produit gain/bande passante de l'AOP ..................................................... 13
4.Dynamique d'entrée de l'AOP ...............................................................................................13
5.Dynamique de sortie de l'AOP ..............................................................................................14
6.Étude en fréquence de l'AOP................................................................................................. 14
1.Paire différentielle............................................................................................................. 14
2.Détermination des pôles et des zéros................................................................................ 14
7.Spécifications et dimensionnements de l'AOP.......................................................................15
1.Spécifications de l'AOP.....................................................................................................15
2.Dimensionnement au premier ordre de l'AOP.................................................................. 17
1)Placement des pôles..................................................................................................... 17
2)Choix de la longueur des MOSFETs............................................................................18
3)Choix de la capacité Cc ...............................................................................................18
4)Détermination de I5......................................................................................................18
5)Dimensionnement de M3 ............................................................................................ 19
6)Dimensionnement de M1 et M2 ..................................................................................19
7)Dimensionnement de M5 ............................................................................................ 19
8)Dimensionnement de Mp ............................................................................................ 19
9)Offset systématique ..................................................................................................... 20
10)Dimensionnement de la source de courant Iext..........................................................21
11)Vérification de la dynamique de sortie.......................................................................21
12)Vérification du gain....................................................................................................21
8.Spécifications et dimensionnement du générateur de courant variable................................. 21
1.Spécifications.................................................................................................................... 21
2.Dimensionnement au premier ordre..................................................................................22
9.Capture du schematic de l'AOP dimmensionné au premier ordre......................................... 23
2.Etude du comparateur de tensions Vin et Vrampe..................................................................... 24
1.Choix de l'offset maximal du comparateur............................................................................ 24
2.Choix du slew rate du comparateur........................................................................................24
3.Choix du gain du comparateur............................................................................................... 24
4.Dynamique d'entrée du comparateur......................................................................................25
5.Dynamique de sortie du comparateur.................................................................................... 25
6.Spécifications et dimensionnement du comparateur..............................................................25
1.Spécifications du comparateur.......................................................................................... 25
2.Dimensionnement au premier ordre du comparateur........................................................ 25
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1)Choix de la longueur des MOSFETs............................................................................25
2)Courant de sortie In...................................................................................................... 25
3)Dynamique de sortie.....................................................................................................26
4)Condition d'offset systématique................................................................................... 26
5)Gain de la paire différentielle.......................................................................................26
6)Dimensionnement de M3............................................................................................. 26
7)Dimensionnement de M1, M2......................................................................................27
8)Dimensionnement de M5............................................................................................. 27
9)Dimensionnement de M6............................................................................................. 27
7.Capture du schematic du comparateur dimensionné au premier ordre..................................28
3.Etude de la partie numérique...................................................................................................... 29
1.Spécifications de la partie numérique.................................................................................... 29
2.Déterminations des équations de la partie numérique............................................................29
1.Equations du compteur......................................................................................................29
2.Equations des signaux d'états et des signaux internes.......................................................30
1)Retenue.........................................................................................................................30
2)Signal de Test............................................................................................................... 31
3)Comparaison.................................................................................................................31
4)Fin de conversion......................................................................................................... 31
5)Défaut de conversion....................................................................................................31
3.Capture du schematic en standard cells................................................................................. 31
1.Schematic du compteur 4 bits........................................................................................... 31
2.Schematic de la partie numérique..................................................................................... 32
4.Simulations, validations et améliorations des blocs........................................................................34
1.Validation du générateur de rampe.............................................................................................34
1.Dynamique d'entrée de l'AOP ...............................................................................................34
1.Présentation du protocole de validation............................................................................ 34
2.Résultats de simulation du premier dimensionnement......................................................35
3.Modifications apportées.................................................................................................... 35
4.Résultats des modifications apportées...............................................................................35
2.Offset et dynamique de sortie de l'AOP.................................................................................36
1.Présentation du protocol de validation.............................................................................. 36
2.Résultats de simulation du dimensionnement validant le premier point de contrôle........37
3.Gain et bande passante de l'AOP........................................................................................... 38
1.Présentation du protocole de validation............................................................................ 38
2.Résultat de simulation du dimensionnement validant les deux premiers points de contrôle
..............................................................................................................................................40
3.Modifications apportées.................................................................................................... 40
4.Résultats des modifications apportées...............................................................................42
4.Slew Rate de l'AOP................................................................................................................44
1.Présentation du protocole de validation............................................................................ 44
2.Résultat de simulation du dimensionnement validant les trois premiers points de contrôle
..............................................................................................................................................45
3.Modifications apportées.................................................................................................... 46
4.Résultats des modifications apportées...............................................................................47
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5.Test fonctionnel du générateur de rampe...............................................................................48
2.Validation des spécifications du comparateur............................................................................ 49
1.Dynamique d'entrée du comparateur......................................................................................49
1.Présentation du protocole de validation............................................................................ 49
2.Résultats de simulation du premier dimensionnement......................................................50
2.Gain en boucle ouverte du comparateur................................................................................ 50
1.Présentation du protocole de validation............................................................................ 50
2.Résultats de simulation du dimensionnement validant le premier point de contrôle........51
3.Dynamique de sortie et offset du comparateur...................................................................... 52
1.Présentation du protocole de validation............................................................................ 52
2.Résultats de simulation du dimensionnement validant les premiers points de contrôle... 52
4.Slew rate du comparateur.......................................................................................................53
1.Présentation du protocole de validation............................................................................ 53
2.Résultats de simulation du dimensionnement validant les premiers points de contrôle... 54
3.Modifications apportées.................................................................................................... 55
4.Résultats des modifications apportées...............................................................................56
3.Rappel des dimensionnements finaux.........................................................................................60
1.Dimensionnement final de l'AOP ......................................................................................... 60
2.Dimensionnement final du comparateur................................................................................ 61
4.Validation des spécifications de la partie numérique................................................................. 62
1.Compteur 4 bits .....................................................................................................................62
2.Mémorisation sur Save...........................................................................................................62
3.Simulation totale de la logique ..............................................................................................63
5.Topologies des blocs : layout.......................................................................................................... 64
1.Layout de l'AOP ....................................................................................................................64
2.Layout du générateur de courant variable..............................................................................65
3.Layout du comparateur.......................................................................................................... 66
4.Layout de la partie numérique............................................................................................... 67
5.Layout final............................................................................................................................ 67
6.Simulation mixte............................................................................................................................. 68
7.Conclusion.......................................................................................................................................72
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