Nanometrinių integrinių grandynų visiškai skaitmeniniams dažnio sintezatoriams kūrimas ir tyrimas

Abstract

Disertacijoje nagrinėjami daugiajuosčių dažnio sintezatorių blokai, modeliai bei jų kūrimas taikant nanometrines integrinių grandynų technologijas. Iškeliama ir įrodoma hipotezė, kad taikant nanometrines technologijas visiškai skaitmeniniai dažnio sintezatoriai įgalina gauti parametrus, reikiamus daugiajuosčiams belaidžio ryšio siųstuvams-imtuvams. Darbo tikslas – sukurti visiškai skaitmeninio dažnio sintezatoriaus blokus, kuriuos naudojant galima pasiekti reikiamus sintezatoriaus, skirto daugiajuosčiams belaidžio ryšio siųstuvams-imtuvams, parametrus taikant nanometrines integrinių grandynų gamybos technologijas. Darbe išspręsti tokie uždaviniai: ištirtos dažnio sintezatorių struktūros ir sukurta struktūra, tinkama įgyvendinti taikant nanometrines technologijas, sukurti ir ištirti siūlomos struktūros sintezatorių sudarančių blokų modeliai ir integriniai grandynai. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir keturi priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje apžvelgiamos dažnio sintezatorių rūšys, aprašomi pagrindiniai dažnio sintezatorių parametrai ir dažniausiai naudojamos kokybės funkcijos. Apžvelgiami dažnio sintezatorių modeliai ir jų veikimas fazės ir dažnio srityse. Aprašomi visiškai skaitmeninio dažnio sintezatoriaus triukšmų šaltiniai. Skyriaus pabaigoje suformuluojami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje pasiūlyta ir taikoma nauja kokybės funkcija, leidžianti atlikti daugiajuosčių dažnio sintezatorių palyginamąją analizę. Iškeliami reikalavimai pagrindiniams sintezatoriaus blokams, nagrinėjami laikinio skaitmeninio keitiklio skiriamosios gebos didinimo būdai, sukurtas naujas laikinio skaitmeninio keitiklio modelis. Siūloma dažnio sintezatoriaus struktūra daugiajuosčiams siųstuvams- imtuvams. Trečiajame skyriuje pagal iškeltus reikalavimus daugiajuosčio dažnio sintezatoriaus blokams, taikant kompiuterinių skaičiavimų ir eksperimentinius metodus yra kuriami ir tiriami laikinio skaitmeninio keitiklio, skaitmeniniu būdu valdomo generatoriaus bei skaitmeninio filtro integriniai grandynai. Disertacijos tema yra atspausdinti 7 moksliniai straipsniai: 4 – mokslo žurnaluose, įtrauktuose į Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazę, 1 – tarptautinių konferencijų medžiagoje, įtrauktoje į Clarivate Analytics Proceedings duomenų bazę, 2 – mokslo žurnaluose, referuojamuose kitose tarptautinėse duomenų bazėse. Disertacijoje atliktų tyrimų rezultatai buvo paskelbti devyniose mokslinėse konferencijose Lietuvoje ir užsienyje.

The dissertation investigates blocks and models of multiband frequency synthesisers and their implementation in nanometric integrated circuit technologies. A hypothesis is raised and proven that all-digital frequency synthesisers in nanometric technologies allow to achieve parameters required for multiband wireless transceivers. The aim of the thesis is to create blocks of all-digital frequency synthesiser that allow to achieve its parameters required for applications in multiband wireless transceivers implemented in nanometric integrated circuit technology nodes. The following tasks were approached in the work: the structures of frequency synthesisers were investigated and a structure suitable for implementation in nanometric technologies was created; the models of the blocks constituting synthesiser of proposed structure and integrated circuits of these blocks were created and investigated. The dissertation consists of introduction, three chapters, general conclusions, lists of references and author’s publications on the topic of the dissertation, summary in English and four annexes. The introduction reveals the investigated problem, importance of the thesis and the object of research and describes the purpose and tasks of the work, research methodology, scientific novelty, the practical significance of results examined in the dissertation, defended statements and the structure of the dissertation. Chapter 1 reviews the types of frequency synthesisers, describes their main parameters and the most commonly used figures of merit. The models of frequency synthesisers and their operation in phase and frequency domains are overviewed. Noise sources of all-digital frequency synthesiser are described. At the end of the chapter, the tasks for the dissertation are formulated. Chapter 2 proposes and applies a new figure of merit, allowing to perform a comparative analysis of multiband frequency synthesisers. The requirements for the main synthesiser blocks are drawn. The means of increasing the resolution of time to digital converter are analysed and new model of time to digital converter is presented. The structure of multiband frequency synthesiser is proposed. Chapter 3 presents the integrated circuits of time to digital converter, digitally controlled oscillator and digital filter, which are designed according to the requirements for the multiband synthesiser blocks. 7 articles on the subject of the dissertation are published: 4 articles – in the Clarivate Analytics Web of Science database, 1 – in international conference publications which are referred by Clarivate Analytics database Proceedings, 2 – in scientific journal listed in other international databases. 9 presentations on the subject of the dissertation have been given at national and international conferences.