Diseño de sistemas microelectrónicos basados en alta resolución temporal

Abstract

La resolución temporal es uno de los principales factores que limitan el rendimiento de los sistemas digitales. Debido a ello, la incorporación de módulos que poseen alta resolución en el dominio del tiempo dentro de estructuras estándar ha despertado gran interés en los últimos años. Estos bloques pueden ser usados para mejorar la codificación de las señales binarias (al aumentar los niveles de cuantización) o reducir la distorsión en determinadas modulaciones digitales, entre otras aplicaciones. En esta tesis se aborda la temática desde distintos enfoques. Dos circuitos integrados fueron fabricados para evaluar un novedoso esquema circuital, el cual permite obtener un retardo temporal programable en el orden de los picosegundos, ajustable en un cierto rango para brindar mayor versatilidad ante distintas condiciones de operación. Su control y calibración se realizan mediante palabras binarias, lo que permite su integración en sistemas más complejos totalmente digitales. Ambos circuitos integrados fueron utilizados en distintas variantes de moduladores por ancho de pulso, alcanzando un desempeño superior al de las arquitecturas convencionales debido a la mayor precisión en el posicionamiento de los flancos de las señales. Asimismo, se presenta una nueva técnica de modulación apta para la implementación de un transmisor de radiofrecuencia totalmente digital. La arquitectura propuesta presenta un desempeño comparable con otras técnicas usadas en la actualidad, demostrado con un análisis completo que incluye simulaciones y resultados experimentales. En este caso las implementaciones se realizaron sobre dispositivos de lógica programable.

Time resolution is one of the main factors limiting the performance of digital systems. Due to this, the addition of modules that have high resolution in the time domain within standard structures has awakened great interest in recent years. These blocks can be used to improve the coding of binary signals (by increasing quantization levels) or to reduce distortion in some digital modulations, among other applications. In this thesis, the subject is addressed from different approaches. Two integrated circuits were manufactured to evaluate a novel circuit diagram, which allows obtaining a programmable time delay in the order of picoseconds, adjustable in a given range to provide greater versatility under different operating conditions. Its control and calibration are done using binary words, which allows its integration in more complex fully-digital systems. Both integrated circuits were used in different variants of pulse width modulators, achieving a better performance than conventional architectures due to the greater precision in the positioning of the signal edges. Likewise, a new modulation technique suitable for the implementation of a fully digital radio frequency transmitter is presented. The proposed architecture displays a performance comparable to other techniques used nowadays, demonstrated with a complete analysis that includes simulations and experimental results. In this case, implementations were carried out on programmable logic devices.