Tesi di dottorato

Fin dalla loro introduzione i circuiti integrati (IC's) hanno trovato spazio quasi in ogni ambito della vita quotidiana. Recentemente l'enorme cresci­ta commerciale dei sistemi di comunicazione wireless ha determinato un aumento nella richiesta di transceiver portatili a basso costo. Questo aspetto ha dato vita ad un'intensa attività di ricerca nel campo dei circuiti integrati a radio frequenza (RF IC's) realizzati su silicio. In particolare, a causa delle alte frequenze a cui operano i moderni sistemi di comunicazione e a causa della conduttività relativamente alta dei substrati in silicio, gli effetti parassiti determinano un drastico calo delle performance degli RF IC. Pertanto gran parte dell'attività di ricerca si è concentrata sullo sviluppo di modelli sempre più accurati, specialmente per i dispo­sitivi passivi che sono più sensibili a queste problematiche, e di nuove tecniche di progetto, che permettano di ottimizzare il comportamento del circuito tenendo in considerazione anche gli effetti parassiti. Oltre ai suddetti problemi che sono maggiormente connessi con l'a­spetto fisico e circuitale del progetto, la capacità delle tecnologie basate sul silicio di realizzare sia la parte a radio frequenza che la parte digitale di un transceiver fornisce l'opportunità di integrare entrambe le parti sullo stesso chip, ottenendo quello che in gergo si chiama appunto un system on chip (SoC). Di conseguenza modelli che descrivano il compor­tamento dei dispositivi a radio frequenza, prescindendo dalla loro reale implementazione e che richiedano una bassa complessità di calcolo, sono uno strumento essenziale per la progettazione di sistemi complessi come i SoC. Questo lavoro di tesi propone alcuni nuovi modelli e alcune tecniche di progetto innovative per circuiti integrati a radio frequenza riguardanti tutti i livelli del flusso di progetto, a partire dal livello fisico fino a quello di sistema. Per quel che concerne il livello fisico è stata sviluppata una nuova metodologia per l'ottimizzazione del fattore di qualità degli induttori a spirale planare. Questa metodologia sfrutta l'applicazione di un approc­cio variazionale per problemi inversi mal posti al fine di minimizzare il numero di simulazioni elettromagnetiche accurate necessarie per l'otti­mizzazione. Inoltre una tecnica di deembedding innovativa per circuiti a microonde, di recente pubblicazione, è stata estesa con l'obbiettivo di applicarla alla rimozione degli effetti del package nelle misure di circuiti integrati a radiofrequenza. Nell'ambito della progettazione a livello circuitale alcuni contributi sono stati forniti nello sviluppo e nelle tecniche di estrazione di modelli circuitali equivalenti per induttori integrati. È stata anche sviluppata una tecnica per l'ottimizzazione di reti di adattamanto con perdite, che consente l'utilizzo di modelli accurati di dispositivi passivi. Nell'ultima parte del lavoro, che riguarda la progettazione a livel­lo di sistema, è stata presentata una nuova tecnica per lo sviluppo di modelli behavioural di dispositivi RF. Questa tecnica è stata applicata per implementare modelli di amplificatori e mixer in SystemC- WMS, i quali a loro volta sono stati impiegati per realizzare un modello system­level di un transceiver Bluetooth. Questo modello, realizzato mediante l'utilizzo combinato del SystemC per la parte digitale e del SystemC­WMS per la parte a radio frequenza, consente di eseguire simulazioni analogico-digitali dell'intero sistema.