Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2006. / Vita. Includes bibliographical references (p. 111-117).

The mixed-signal and analog design on a pre-diffused array is a challenging task, given that the digital array is a linear matrix arrangement of minimum-length transistors. To surmount this drawback a specific discipline for designing analog circuits over such array is required. An important novel technique proposed is the use of TAT (Trapezoidal Associations of Transistors) composite transistors on the semi-custom Sea-Of-Transistors (SOT) array. The analysis and advantages of TAT arrangement are extensively analyzed and demonstrated, with simulation and measurement comparisons to equivalent single transistors. Basic analog cells were also designed as well in full-custom and TAT versions in 1.0mm and 0.5mm digital CMOS technologies. Most of the circuits were prototyped in full-custom and TAT-based on pre-diffused SOT arrays. An innovative demonstration of the TAT technique is shown with the design and implementation of a mixed-signal analog system, i. e., a fully differential 2nd order Sigma-Delta Analog-to-Digital (A/D) modulator, fabricated in both full-custom and SOT array methodologies in 0.5mm CMOS technology from MOSIS foundry. Three test-chips were designed and fabricated in 0.5mm. Two of them are IC chips containing the full-custom and SOT array versions of a 2nd-Order Sigma-Delta A/D modulator. The third IC contains a transistors-structure (TAT and single) and analog cells placed side-by-side, block components (Comparator and Folded-cascode OTA) of the Sigma-Delta modulator.

The mixed-signal and analog design on a pre-diffused array is a challenging task, given that the digital array is a linear matrix arrangement of minimum-length transistors. To surmount this drawback a specific discipline for designing analog circuits over such array is required. An important novel technique proposed is the use of TAT (Trapezoidal Associations of Transistors) composite transistors on the semi-custom Sea-Of-Transistors (SOT) array. The analysis and advantages of TAT arrangement are extensively analyzed and demonstrated, with simulation and measurement comparisons to equivalent single transistors. Basic analog cells were also designed as well in full-custom and TAT versions in 1.0mm and 0.5mm digital CMOS technologies. Most of the circuits were prototyped in full-custom and TAT-based on pre-diffused SOT arrays. An innovative demonstration of the TAT technique is shown with the design and implementation of a mixed-signal analog system, i. e., a fully differential 2nd order Sigma-Delta Analog-to-Digital (A/D) modulator, fabricated in both full-custom and SOT array methodologies in 0.5mm CMOS technology from MOSIS foundry. Three test-chips were designed and fabricated in 0.5mm. Two of them are IC chips containing the full-custom and SOT array versions of a 2nd-Order Sigma-Delta A/D modulator. The third IC contains a transistors-structure (TAT and single) and analog cells placed side-by-side, block components (Comparator and Folded-cascode OTA) of the Sigma-Delta modulator.

Desde os anos 80 a evolução dos processos de fabricação de circuitos integrados MOS tem buscado a redução da tensão de alimentação, como forma de se reduzir o consumo de energia dos circuitos. Partiu-se dos antigos 5 V, padrão estabelecido pela lógica TTL nos anos 70, até os circuitos modernos que operam com alimentação pouco abaixo de 1 V. Entretanto, desde os primeiros anos da década de 2000, a tensão de alimentação está estabilizada neste patamar, devido a limitações tecnológicas que tem se mostrado difíceis de serem transpostas. Tal desafio tem sido estudado por grupos de pesquisa ao redor do mundo, e diversas estratégias tem sido propostas para se chegar a circuitos analógicos e digitais que operem sob tensão de alimentação bem inferior a 1 V. De fato estes grupos têm focado seus estudos em circuitos que operam com tensão de alimentação inferior a 0,5 V, alguns chegando à casa de 200 ou 100 mV, ou até menor. Dentre as diversas classes de circuitos, os conversores de dados dos tipos digital-analógico (DAC) e analógicodigital (ADC) são circuitos fundamentais ao processo de integração entre os módulos que processam sinais analogicamente e os que processam sinais digitalmente, sendo assim essenciais à implementação dos complexos SoCs (System-on-Chips) da atualidade. Este trabalho apresenta um estudo sobre o desempenho da configuração MOSFET em rede M-2M (similar à rede R-2R que emprega resistores), utilizada como circuito conversor digital-analógico, quando dimensionada para operar sob tensão de alimentação muito baixa, da ordem de 200 mV ou inferior. Tal estudo se baseia no emprego de um modelo para os MOSFETs que é contínuo desde a condição de inversão fraca (subthreshold) até a inversão forte, e inclui o uso de um modelo de descasamento entre MOSFETs que é válido para qualquer condição de operação. Com base neste estudo foi desenvolvida uma metodologia de projeto, capaz de estabelecer as relações de compromisso entre “tensão de alimentação”, “resolução efetiva” e “área ocupada em silício”, fundamentais para se atingir um circuito otimizado. Resultados de simulação elétrica são apresentados e confrontados com os resultados analíticos, visando a comprovação da metodologia. O circuito já foi enviado para fabricação, e deve começar a ser testado em breve.

The mixed-signal and analog design on a pre-diffused array is a challenging task, given that the digital array is a linear matrix arrangement of minimum-length transistors. To surmount this drawback a specific discipline for designing analog circuits over such array is required. An important novel technique proposed is the use of TAT (Trapezoidal Associations of Transistors) composite transistors on the semi-custom Sea-Of-Transistors (SOT) array. The analysis and advantages of TAT arrangement are extensively analyzed and demonstrated, with simulation and measurement comparisons to equivalent single transistors. Basic analog cells were also designed as well in full-custom and TAT versions in 1.0mm and 0.5mm digital CMOS technologies. Most of the circuits were prototyped in full-custom and TAT-based on pre-diffused SOT arrays. An innovative demonstration of the TAT technique is shown with the design and implementation of a mixed-signal analog system, i. e., a fully differential 2nd order Sigma-Delta Analog-to-Digital (A/D) modulator, fabricated in both full-custom and SOT array methodologies in 0.5mm CMOS technology from MOSIS foundry. Three test-chips were designed and fabricated in 0.5mm. Two of them are IC chips containing the full-custom and SOT array versions of a 2nd-Order Sigma-Delta A/D modulator. The third IC contains a transistors-structure (TAT and single) and analog cells placed side-by-side, block components (Comparator and Folded-cascode OTA) of the Sigma-Delta modulator.

Desde os anos 80 a evolução dos processos de fabricação de circuitos integrados MOS tem buscado a redução da tensão de alimentação, como forma de se reduzir o consumo de energia dos circuitos. Partiu-se dos antigos 5 V, padrão estabelecido pela lógica TTL nos anos 70, até os circuitos modernos que operam com alimentação pouco abaixo de 1 V. Entretanto, desde os primeiros anos da década de 2000, a tensão de alimentação está estabilizada neste patamar, devido a limitações tecnológicas que tem se mostrado difíceis de serem transpostas. Tal desafio tem sido estudado por grupos de pesquisa ao redor do mundo, e diversas estratégias tem sido propostas para se chegar a circuitos analógicos e digitais que operem sob tensão de alimentação bem inferior a 1 V. De fato estes grupos têm focado seus estudos em circuitos que operam com tensão de alimentação inferior a 0,5 V, alguns chegando à casa de 200 ou 100 mV, ou até menor. Dentre as diversas classes de circuitos, os conversores de dados dos tipos digital-analógico (DAC) e analógicodigital (ADC) são circuitos fundamentais ao processo de integração entre os módulos que processam sinais analogicamente e os que processam sinais digitalmente, sendo assim essenciais à implementação dos complexos SoCs (System-on-Chips) da atualidade. Este trabalho apresenta um estudo sobre o desempenho da configuração MOSFET em rede M-2M (similar à rede R-2R que emprega resistores), utilizada como circuito conversor digital-analógico, quando dimensionada para operar sob tensão de alimentação muito baixa, da ordem de 200 mV ou inferior. Tal estudo se baseia no emprego de um modelo para os MOSFETs que é contínuo desde a condição de inversão fraca (subthreshold) até a inversão forte, e inclui o uso de um modelo de descasamento entre MOSFETs que é válido para qualquer condição de operação. Com base neste estudo foi desenvolvida uma metodologia de projeto, capaz de estabelecer as relações de compromisso entre “tensão de alimentação”, “resolução efetiva” e “área ocupada em silício”, fundamentais para se atingir um circuito otimizado. Resultados de simulação elétrica são apresentados e confrontados com os resultados analíticos, visando a comprovação da metodologia. O circuito já foi enviado para fabricação, e deve começar a ser testado em breve.

Abstract Class A and class AB operational amplifiers are an essential part of a mixed- signal chip, where they are used as active filter sub-blocks, compensators, reference current generators and voltage buffers, to name just a few of many applications. For analog circuits such as operational amplifiers a mixed-signal chip is a very unfriendly operating environment, where the power supply is often corrupted by high current switching circuits. In addition, power supply voltages for analog blocks are shrinking, because of the deployment of new battery technologies and fine line length integrated circuit processes, which can reduce the amplifier dynamic range a problem requiring supply insensitive low voltage compatible amplifier topologies and other analog blocks. The aims of this thesis were to further develop the low voltage compatible class AB amplifier topologies published earlier by other authors, to improve their bandwidth efficiency by means of re-examining two- and three-stage amplifier compensation techniques and to find solutions for enhancing the high frequency power supply noise rejection performance of class A and class AB amplifiers without degrading their signal path stability. The class AB amplifier cores presented here improve the amplifier’s power supply noise insensitivity at high frequencies and increase bandwidth efficiency when compared to the commonly used two-stage Miller compensated amplifier, enabling the construction of better buffers and more power-efficient and reliable low voltage mixed signal chips.

The objective of this thesis is design of the universal USB measuring module for virtual instrumentation. The module is connected to PC via USB interface. The module have analog inputs and analog outputs. The inputs have some switchable ranges, adjustable high-pass and low-pass fiters. Also the module have the digital input-output unit with 8 channels with configurable data direction and voltage level. Physical layer for digital serial interfaces SPI/UART and I2C is also part of this unit. The module is able to communicate with LabVIEW enviroment. The teoretical part contains survey of the commercial USB modules for data acquisition and generation from various manufacturers with its basic parameters. Some selected modules are described in detail. Furthermore the thesis deals with possibilities of connecting the USB module with the LabVIEW enviroment. The practical part deals with the design of input-output circuits and with design of the module itself. Furthemore, tho communication protocol, utility library and demonstration LabVIEW software are described in this part. At the end of this part, there are results of verification measurements. The result of this thesis is completed universal USB measuring module with utility library and demonstration program.

Syftet med den här studien är att undersöka hur elevers läsförståelse i svenskämnet påverkas av en alltmer digitaliserad skolmiljö där eleverna gör både uppgifter och prov i sina datorer eller läsplattor. Vidare undersöks hur läsförståelse påverkas vid testsituationer. Aktuell debatt och Skolverkets motioner om digitala förändringar i skolan ligger till grund för studiens problemområde. I en systematisk litteraturstudie undersöks och analyseras sedan aktuell didaktisk forskning för att besvara studiens frågeställningar. Resultaten som framkommit i den genomförda studien visar på att en majoritet av de undersökta vetenskapliga artiklarna har kommit fram till samma sak, vilket är att läsning som sker digitalt har en negativ inverkan på läsförståelsen hos den som läser. Det som även framkommit i undersökningen är att när ett digitalt test är tidsbegränsat tenderar det att ge sämre resultat än om testet inte är tidsbegränsat. Dessutom påverkar texttypen resultatet, där en informativ text ger sämre läsförståelse än en narrativ text vid digital läsning. Slutsatsen som dras utifrån dessa vetenskapliga artiklar är att läsförståelsen påverkas negativt när läsningen sker på en skärm jämfört med när den sker analogt. Framför allt är det kognitiva förmågor som påverkas negativt hos läsaren på grund av störningsmoment som hyperlänkar och scrollning. Exempelvis visar digitala test under tidsbegränsning genomgående sämst resultat på läsförståelsetest. De styrande i skolan har ett viktigt arbete framför sig för att testningen ska bli likvärdig och rättvis för alla elever då de nationella proven från läsåret 24/25 digitaliseras helt och hållet. Det går att skapa rätt förutsättningar kring den digitala läsningen, men frågan är om det finns en ekonomi för att skapa dessa förutsättningar i det svenska skolsystemet.

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