ODDELENIE NÁVRHU A TESTOVANIA INTEGROVANÝCH OBVODOV
ECS4DRESS
Názov projektu
Rozvoj zberačov energie na čipe pre energeticky-autonómne elektronické systémy
Zodpovedný riešiteľ:
Príjemnca:
Začiatok riešenia projektu:
Koniec projektu:
prof. Ing. Viera Stopjaková, PhD.
Slovenská technická univerzita
01.07.2020
31.12.2023
záverečná fáza
Postup prác pri riešení projektu za posledný rok
Toto obdobie bolo zamerané hlavne na fyzickú kompletizáciu návrhu systému zberača energie na čipe a na získanie praktických poznatkov prostredníctvom meraní experimentálnych vzoriek navrhnutých a realizovaných v rámci predošlých etáp.. Detailný postup prác a dosiahnuté výsledky boli nasledovné, pričom celý proces verifikácie bol uskutočnený na Fakulte elektrotechniky a informatiky Slovenskej technickej univerzity v Bratislave (FEI STU). Na obrázku vpravo môžete vidieť fotografiu nezapuzdreného čipu.
Posledná fáza projektu tvorí jeho najdôležitejšiu časť, keďže experimentálna verifikácia prostredníctvom meraní prototypových čipov (jeden výrobný beh v rámci projektu) priamo a reálne reflektuje realizovateľnosť, hodnotnosť a možný prínos navrhnutých riešení v rámci problematiky integrovaných meničov napätia určených pre alternatívne zdroje energie. Fotografie vľavo zobrazujú testovaciu dosku vyvinutú pre účely experimentálneho merania a samotné meracie pracovisko pozostávajúce z laboratórnych prístrojov.
Projektový zámer bol fokusovaný na štúdium realizovateľnosti DC-DC meniča napätia smerom nahor pre ekologicky čisté, alternatívne zdroje energie (fotovoltaický – PV článok). Dôraz sa pritom kládol na kompletnú integráciou systému na čip spolu so všetkými pasívnymi komponentmi vrátane vstupného/výstupného kondenzátora a induktora. Zjednodušená bloková schéma realizovaného systému zberača energie, tak ako je implementovaný na kremíkovom čipe je zobrazená na obrázku nižšie. Je evidentné, že dominantná časť plochy čipu je alokovaná pre kompozitný MLS komponent pozostávajúci z induktora zabezpečujúceho transfer energie a akumulačno – filtračného kondenzátora. Analýzou uskutočnenou v rámci projektu sa preukázalo, že vhodným návrhom pasívnych komponentov vo forme MLS štruktúry, výberom vhodnej topológie meniča napätia a časových požiadaviek kladených na rýchlosť spracovania jednotlivých procesných úkonov dvoch plne autonómnych riadiaco – regulačných slučiek, je možné prvú prototypovú verziu systému zberača energie realizovať v štandardnej, cenovo prístupnej 65nm CMOS technológii.
Súhrn výsledkov riešenia projektu a naplnenia cieľov projektu
- Analýza možnosti plnej integrácie cievky na čip v štandardnej CMOS technológii s cieľom zvýšenia jej plošnej indukčnosti pomocou špeciálnych návrhových techník.
- Analýza vplyvu použitia jednotlivých návrhových techník na elektrické (sériový odpor, indukčnosť, faktor kvality) a neelektrické (plocha) vlastnosti integrovanej cievky a následná integrácia výslednej štruktúry na čip.
- Návrh nových zapojení (topológií) analógových obvodových blokov (detektor prechodu prúdu nulou, relaxačný oscilátor) s dôrazom na vysokú strmosť prúdu a reakčnú rýchlosti obvodov pri vysokofrekvenčnom spínaní integrovanej cievky.
- Návrh a analýza vlastností DC-DC meniča napätia použitého ako jadro zberača energie založeného na využití energie zo slnečného žiarenia.
- Verifikácia hraníc funkčnosti navrhnutých blokov a celého systému prostredníctvom simulácií jednotlivých blokov a merania prototypových čipov.
- Návrh testovacej DPS pre meranie vlastnosti a základných charakteristík navrhnutého zberača energie. Vytvorenie meracieho pracoviska na meranie základných vlastnosti analógových IO ako aj vytvorenie programu na automatizovanie meraní.
Prezentácia výsledkov projektu
O nás
Venujeme sa výučbe, výskumu a vývoju integrovaných obvodov a elektronických systémov integrovaných na čipe, a všetkému čo to obnáša a nie je toho málo 🙂
Sústreďujeme sa na návrh zákazníckych čipov (tzv. ASIC), ktorých vyrobené prototypy následne testujeme a pripravujeme pre využitie v senzoroch, internete vecí, medicínskych zariadeniach a pod.
Sme mladý, ale skúsený a úspešný tím, ktorý do výskumných projektov zapája študentov na všetkých stupňoch. Máme radi výzvy z praxe, s ktorými sa vieme popasovať.
Linky
Kde nás nájdete
Fakulta elektrotechniky a informatiky
STU v Bratislave, Blok E. 1. poschodie
Ilkovičova 3
841 04 Bratislava
oddelenie
