Study and design of an integrated VCO and DAC module for adaptive control in low-power DC/DC converters

Questa tesi descrive un convertitore di potenza DC/DC a condensatori commutati per applicazioni di energy harvesting da sorgenti ambientali a bassa potenza caratterizzato da guadagno/frequenza di commutazione configurabili dinamicamente. I convertitori di potenza a switching convenzionali richiedono tipicamente componenti magnetici (ad es. induttori) difficilmente integrabili, quindi è solitamente necessario aggiungerli come componenti esterni con conseguente aumento dell'area e dei costi. D'altra parte, i convertitori a condensatori commutati sono particolarmente interessanti in un'ampia gamma di applicazioni poiché non richiedono tali componenti esterni, essendo basati solo su condensatori, che possono essere completamente integrati. Questa soluzione è particolarmente interessante nello scenario IoT, dove le dimensioni e l'integrabilità dei dispositivi possono essere un punto cruciale nello sviluppo. Questo lavoro è incentrato sullo studio di tali architetture con un nuovo paradigma che considera gli aspetti funzionali e di efficienza con riferimento specifico ai trasduttori per energy harvesting (ad es. fotovoltaico indoor, termoelettrico, radiofrequenza, ecc.), che sono caratterizzati da basse tensioni in uscita, basse potenze, elevate resistenze di uscita. Allo stesso tempo, considerando l’obiettivo della riduzione dei consumi di potenza, verrà adottato come oscillatore interno un oscillatore ad anello in configurazione current-starved. Questa tesi studia principalmente la progettazione sia dello schematico che del layout di alcuni blocchi analogici del convertitore, specificamente legati al modulo di controllo in retroazione. Il progetto dello schematico e del layout del sistema adottano una tecnologia CMOS 180nm, e sono sviluppati in ambiente CAD Cadence.