hamzah afandi, ery prasetyo, m. paindavoine center for microelectronics & image processing
Post on 04-Jan-2016
80 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 1
Disain ADC Pipeline 8-bit 80MSPS Untuk Kamera Kecepatan Tinggi
Dengan Teknologi Proses CMOS AMS 0,35um
Disain ADC Pipeline 8-bit 80MSPS Untuk Kamera Kecepatan Tinggi
Dengan Teknologi Proses CMOS AMS 0,35um
Hamzah Afandi, Ery Prasetyo, M. Paindavoine
Center for Microelectronics & Image Processing Gunadarma University, Jakarta
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 2
Latar Belakang
Kebutuhan akan permintaan pasar terhadap piranti digital sangat tinggi, untuk menggantikan piranti analog saat ini, pada teknologi multimedia misal piranti kamera, networking, player, gps dll.Selama tahun 1960 sampai 1970 disain IC didominasi oleh perusahaan semikonduktor Transistor Bipolar , sejak tahun 1980 mulai dikenalkan system VLSI oleh Carver Mead dan Lynn Conway, dengan memadukan tenaga rekayasa dan perusahaan semikonduktor dalam disain prototype CHIP VLSI dan teknologi CMOS menjadi pilihan teknologi untuk aplikasi-aplikasi terpadu (Digital). Teknologi CMOS dapat juga digunakan untuk disain analog dan rangkaian RF sehingga banyak CHIP yang dikembangkan dengan sistem komplek. Dengan bantuan tools CAD ( computer aided design) pengembangan Teknologi device terpadu (VLSI) semakin pesat dengan ukuran semakin kecil, Sehingga banyak dikembangkan SOC (system on chip) untuk peralatan multimedia, misal SOC pada kamera digital, Handphone, Player, networking dll
CMOS Image Sensors
Methodologies-CAD Real-Time Applications
Electronics Systems
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 3
Latar Belakang (Aplikasi Kamera)
Penerapan teknologi proses CMOS pada disain kamera kecepatan Tinggi 10.000 frame/s. Kamera kecepatan tinggi digunakan untuk aplikasi research, multimedia, industri, kedokteran, sport dll.
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 4
Latar Belakang (Aplikasi Kamera)
Aplikasi pada industri automotive
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 5
Latar Belakang
Mengapa pilihan pada CMOS ?► Konsumsi daya yang rendah.► Aplikasi tegangan yang lebar 1.2 V s/d 18 V.► Formulasi yang mudah dalam disain.► Stabil dalam kinerja.► Dapat diterapkan pada rangkaian digital, analog dan RF.
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 6
Latar Belakang (Teknologi Proses CMOS)
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 7
Latar Belakang (Perkembangan Disain)
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 8
Latar Belakang (Perkembangan Disain)
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 9
Latar Belakang (CMOS Vs CCD)
Perbandingan teknologi CMOS dan CCD pada kamera digital.
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 10
Latar Belakang (Aplikasi ADC)
Dengan kemajuan teknologi perangkat lunak (CAD) dapat dilakukan disain prototype chip, kami melakukan disain adc jenis pipeline yang akan diaplikasikan pada kamera kecepatan tinggi, menggunakan tools mentor graphis dengan teknologi proses CMOS AMS 0,35um.
Fungsi ADC (analog digital converter) sebagai perantara (interface) sinyal analog dan sinyal digital, pada kamera digital fungsi adc mengubah pixel analog dari photodioda menjadi pixel digital.
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 11
Latar Belakang (Blok Kamera Digital)
Blok skema sensor image CMOS
64 AD converters
ADC Pipeline
8-bit 80 MSPS
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 12
Latar Belakang (Blok Sensor PD)
Contact (0.4µm x 0.4µm)
Substrat P
Diffusion N+
Métal 1
Diffusion P+
2.4 µm
Cathode AnodeGNDh
ZCE
Struktur Photodioda
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 13
Manfaat dan Kontribusi
ADC pipeline dengan kecepatan konversi 80Msps dapat mendukung kamera kecepatan tinggi 10.000 frames/s, dapat juga di aplikasi pada peralatan pengolahan video misal pada multimedia DVD,VCD,CD dan flash player, pada kedokteran EEG, EKG, USG, Scanner dan lain-lainnya.
ADC pipeline dengan teknologi proses CMOS 0,35µm AMS dengan tools mentor graphic dapat sebagai pemicu peneliti dalam mengeksplorasi chip IC atau device di indonesia, hal ini dapat dilihat dari hasil penelitian atau jurnal pada device elektronika di Indonesia masih kurang bila dibandingkan dengan Negara China, India, Jepang.
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 14
Arsitektur ADC
SAR ADC
Flash ADC
DELTA SIGMA ADC
Pipeline ADC
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 15
Arsitektur ADC
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 16
Arsitektur ADC
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 17
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
1 matrik APS 64 x 64 pixel hampir 4K pixel dengan tiap pixel < 25nS atau sama dengan 100 µS per image atau sama dengan 10.000 frame/S, jika digunakan resolusi 8-bit maka besar laju frame sama dengan 40 Mfps sehingga dibutuhkan kecepatan konversi ADC 80 Msps, jenis ADC yang mempunyai spesifikasi
akurasi dan kecepatan tinggi adalah jenis pipeline
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 18
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
1-bit Per stage Vout(i) = 2 x Vin(i) – Di.Vrefp , Jika Vin > Vref+ Di = 1
Vout(i ) = 2 x Vin(i) - Ďi.Vrefn , Jika Vin < Vref- Di = 0
1,2V 1,2V
0,8V
0
1,6V
1
2V
1,5V
1
1,8V
1
2,4V
Switch kapasitor
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 19
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
Disain OP-AMP
Syarat Op-amp
|AoL| ≥ 2N+2 jika N= 8
≥ 1024 V/V
≥ 60 dB
AcL = AoL / (1 + AoL.ß)
= 2 V/V
ƒu ≥ 0,22 (N+1) fclk
≥ 158,4 MHz
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 20
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
Hasil Simulasi Op-AMP
Gain AoL Gain Band with Phase Margin Power
58dB 1,6 GHz 56o 8,635mW
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 21
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
Disain Komparator
V+ > V- Vo = VDD = logic 1
V+ < V- Vo = VGnd = logic 0
Voffset = Vos = 0V
• Preamplification
• Decision
• Output Buffer
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 22
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
Hasil simulasi
Gain AoL Gain Band with Phase Margin Vos Power
50dB 1,6 GHz 95o 10mV 6,824mW
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 23
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
Disain Clock Non Overlapping
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 24
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
Disain 1-bit per stage
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 25
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
Hasil simulasi
Keterangan Gb.1 Gb2 Gb3 Gb4 Gb5 Gb6
Vin 0,1V 1,1V 0,8V 1,5V 1,65V 2V
Vref+ 1,2V 1,2V 1,2V 1,2V 1,2V 1,2V
Vref- 0 0 0 0 0 0
Di 0 0 0 1 1 1
Vres (Out) 0,2V 1,0V 1,6V 1,8V 2,1V 3,3V
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 26
Rancangan ADC Pipeline 8-bit 80 Msps
Lay Out 1-bit per Stage
Estiminasi ukuran 174 x 94um
C2
C1
COMPARATOROP-AMP
SWITCHø1 ø2
Seminar Mobile Multimedia The Convergence Program Pascasarjana Universitas Gunadarma 27
Penutup
Simulasi ADC yang dilakukan masih pada 1-bit per stage, dengan total disipasi daya 18,642mW, dengan sampling clock 80 MHz.
Tahapan selanjutnya simulasi 3-bit dan 8-bit dan disain delay pulsa untuk keluaran tiap stage.
Dengan tools yang saat ini tersedia (mentor graphic), disain prototype IC atau chip VLSI semakin terbuka untuk menuju indonesia yang mampu dan merekayasa perangkat keras sendiri.
top related