Elettronica > Progettazione di circuiti elettronici


Focus

La linea di ricerca riguarda la progettazione di circuiti e sistemi totalmente integrati in silicio (ASIC). I moderni processi tecnologici CMOS su scala nanometrica rendono oggi possibile il trattamento digitale dei segnali a velocità superiore, consumo e occupazione di area inferiori, ma degradano le prestazioni dei blocchi analogici quali guadagno, matching o rumore. La totale integrazione dei sistemi elettronici in silicio ad alte prestazioni come quelli utilizzati per terminali wireless ad alta capacità di canale o per sensori wireless distribuiti a bassissimo consumo, richiede quindi un cambio di paradigma nella progettazione elettronica, in cui l’elaborazione digitale è messa a servizio di ogni singolo blocco analogico per migliorarne efficientemente le prestazioni, compensando in tempo reale le variazioni dei parametri ambientali. Ciò permette di elevare scalabilità ed efficienza energetica dei sistemi integrati. Su questi temi sono attive collaborazioni con università, centri di ricerca e compagnie di semiconduttori, quali l’Istituto Italiano di Tecnologia (Italia), STMicroelectronics (Italia), Intel (OR, USA), IMEC (Belgio).




Fig. 1: Sintetizzatore di frequenza tra 3 e 4 GHz totalmente integrato in CMOS 65-nm, con modulazione di fase diretta fino a 40 Mb/s
Fig. 2: Chip totalmemente integrati per neural recording

Risultati principali della ricerca


Il gruppo di ricerca ha sviluppato negli anni una rilevante esperienza nel settore della sintesi di frequenza in silicio, ha proposto numerose innovazioni che hanno migliorato in maniera rilevante lo stato dell’arte, e pubblicato sull’argomento un libro di testo a diffusione internazionale, edito nel 2007 dalla Cambridge University Press. In tale ambito, il laboratorio ha dato importanti contributi ed è riconosciuto come un centro di eccellenza a livello internazionale. A titolo di esempio, tra le applicazioni sviluppate per le radiofrequenze (RF), vi sono sintetizzatori/modulatori di frequenza operanti a frequenze tra 1 e 5 GHz per applicazioni wireless (GSM, WiFi, LTE), in cui l’utilizzo di calibrazioni digitali operanti in background (il solo modulatore comprende più di 20 mila transistori) permette di raggiungere contemporaneamente basso jitter (300 femtosecondi) a bassa potenza (4.5 mW). Oggi tali tecniche vengono applicate alla progettazione di sistemi radar in CMOS operanti a 77 GHz. Altra area tuttora attiva in cui il gruppo ha fornito rilevanti risultati è lo studio dei meccanismi di generazione di rumore di fase negli oscillatori elettronici e nei divisori di frequenza. E’ stata introdotta una descrizione teorica per spiegare i meccanismi di conversione del rumore flicker a bassa frequenza in rumore a radiofrequenza, negli oscillatori in CMOS, e proposto e dimostrato efficaci soluzione circuitali per ridurre tale conversione che hanno migliorato lo stato dell’arte. Altro ambito in cui si sono ottenuti importanti risultati riguarda la progettazione dei sistemi totalmente integrati in CMOS per la sensoristica. In tale ambito, è stato affrontato il problema della rilevazione del segnale neuronale (neural recording), sia da cavie da laboratorio in esperimenti di neuroscienze, sia da pazienti per fini terapeutici. Tale rilevazione richiede un elevatissimo numero di canali di lettura con amplificazione e conversione analogica/digitale del segnale, a basso rumore e bassa potenza dissipata. Rilevanti risultati si stanno ottenendo anche nella realizzazione dell’elettronica per la rivelazione di magnetometri MEMS e basati su materiali magneto-resistivi. I MEMS (Micro Electro-Mechanical Sensors) che permettono di realizzare in forma integrata numerosi tipi di sensori, come accelerometri, giroscopi, magnetometri etc…sono in rapidissima espansione e rimarranno una delle più importanti tecnologie della microelettronica nei prossimi anni.