controller

Ontwerp van een geïntegreerde intelligente controller voor hoogvermogen toepassingen

Probleemstelling:


Binnen de CMST onderzoeksgroep wordt al geruime tijd onderzoek verricht rond monolithisch geïntegreerde vermogenstoepassingen, waarbij hoogspannings-transistoren (tot 100 Volt) samen met de nodige aansturingselektronica op een enkele chip geïntegreerd worden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van zogenaamde ‘smart power’ technologieën, dit zijn standaard sub-micron CMOS processen waarbij een aantal specifieke extensies voorzien zijn om deze hoogspannings-transistoren mogelijk te maken. Praktische toepassingen van deze vermogenstoepassingen waren in het verleden de aansturing van displays en geschakelde versterkers voor xDSL toepassingen, maar recent is de focus verschoven naar het ontwikkelen van geschakelde DC-DC convertoren, geschakelde OLED drivers en de aansturing van MEMS microswitches. Voor het aanleggen van de nodige testsignalen en instelspanningen en -stromen tijdens het debuggen, testen en optimaliseren van onze huidige generaties testchips wordt gebruik gemaakt van externe passieve componenten of commercieel verkrijgbare controller-ICs, FPGAs of microcontrollers. Hierdoor zijn echter een relatief groot aantal connecties nodig naar de buitenwereld, hetgeen niet vanzelfsprekend is in een hoogvermogen toepassing. Bij een aantal recente chips werd reeds eens programmeerbare interface voorzien, maar hierbij ging het steeds om applicatie-specifieke oplossingen.

Doelstelling:


In deze thesis is het de bedoeling om een generieke intelligente controller te ontwikkelen, die geïntegreerd kan worden bij een brede waaier aan hoogvermogen toepassingen. Als basis voor de intelligente controller dient er een microcontroller-core geselecteerd en geïmplementeerd te worden, waarna deze zal uitgebreid worden met een aantal specifieke modules, bijvoorbeeld een digitale PID controller, een PWM module met regelbare dode tijd, een communicatie-bus, een instelbare klokgenerator, een analoog-digitaal-convertor, temperatuursensoren, programmeerbare weerstanden, … Afhankelijk van het aantal en de specifieke interesse van de studenten kan dit zowel om volledig digitale als gemengd analoog-digitale bouwblokken gaan. Voor de initiële implementatie van de microcontroller en de digitale blokken zal gebruik gemaakt worden van een FPGA om de functionaliteit te verifiëren, voor de gemengd analoog-digitaal blokken komt hier nog een evaluatie van de analoge delen (gebruik makend van commercieel verkrijgbare componenten op printkaart of breadboard) bij. Vervolgens is het de bedoeling om alle blokken tot op layout-niveau te implementeren in een smart power technologie, bijvoorbeeld de I3T technologie-familie van ON semiconductor. Voor de analoge en digitale simulaties en de layout van deze chip beschikt het CMST laboratorium over alle nodige CAD-tools.

Trefwoorden:

vermogenselektronica, smart power, ASIC ontwerp, mixed signal

Locatie:

Ardoyen CMST + thuis.
Comments