Promotie Y. Kusuda: chopper amplifiers

30 april 2018 15:00 - Locatie: Aula, TU Delft - Door: webredactie

Reducing Switching Artifacts in Chopper Amplifiers. Promotor: Prof.dr. K.A.A. Makinwa (EWI).

Dit proefschrift beschrijft de theorie, het ontwerp en de implementatie van chopper operationele versterkers (op-amps) in CMOS geïntegreerde schakelingen (ICs). De chopping techniek corrigeert periodiek DC fouten van zulke op-amps, zodat lage 1/f ruis en stabiele, microvolt-niveau offset bereikt kan worden. Chopping veroorzaakt echter schakelartefacten op de uitgang  van de versterker, zoals omhoog-gemoduleerde rimpel en glitches, die meestal worden onderdrukt door laagdoorlaatfilters. Daardoor is het gebruik van chopper op-amps vooral beperkt tot laagfrequente toepassingen. In dit proefschrift worden geavanceerde circuittechnieken voorgesteld om deze schakelartefacten te onderdrukken, zonder daarbij de bruikbare signaalbandbreedte te verminderen, waardoor het gebruik van chopper op-amps in een breder scala van toepassingen mogelijk wordt. Drie chopper op-amps zijn ontworpen, gefabriceerd en gemeten, zodat de voorgestelde technieken geëvalueerd en vergeleken kunnen worden met andere state-of-the-art ontwerpen.

In het eerste ontwerp wordt een rimpel reductie techniek genaamd auto-correctie terugkoppeling (ACFB) voorgesteld, die continu de rimpel detecteert en opheft op een vermogens- en oppervlak-efficiënte manier, zodat de gehele op-amp slechts 13µA gebruikt van een 1.8V tot 5.5V voeding en een oppervlak van 0.64mm2 in beslag neemt. In het tweede ontwerp wordt een adaptieve klok boost techniek voor de ingangsschakelaars voorgesteld, zodat de ladingsinjectie mismatch geminimaliseerd wordt en onafhankelijk is van veranderingen in de voedings- en ingangs-common-mode spanning. Dit resulteert in een maximale offset van 0.5µV en 5.6nV/√Hz ruis PSD over de op-amps gehele rail-to-rail ingangs-common-mode bereik. In het derde ontwerp worden zes parallelle kanalen aangestuurd door een 800kHz interleaved klok, wat de PSD piek naar 4.8MHz duwt. Daarnaast wordt een op-de-chip compensatie circuit voor de mistmach van de ladingsinjectie gebruikt om de maximale ingangs-biasstroom te reduceren van 1.5nA naar 150pA in een na-productie trim.

Meer informatie?

Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU Delft Repository, de digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft. Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende promotie in de Repository te vinden zijn.