Design and investigation of nanometric integrated circuits for all-digital frequency synthesisers

Disertacijoje nagrinėjami daugiajuosčių dažnio sintezatorių blokai, modeliai bei jų kūrimas taikant nanometrines integrinių grandynų technologijas. Iškeliama ir įrodoma hipotezė, kad taikant nanometrines technologijas visiškai skaitmeniniai dažnio sintezatoriai įgalina gauti parametrus, reikiamus daugiajuosčiams belai- džio ryšio siųstuvams-imtuvams. Darbo tikslas – sukurti visiškai skaitmeninio dažnio sintezatoriaus blokus, kuriuos naudojant galima pasiekti reikiamus sinte- zatoriaus, skirto daugiajuosčiams belaidžio ryšio siųstuvams-imtuvams, paramet- rus taikant nanometrines integrinių grandynų gamybos technologijas. Darbe išsp- ręsti tokie uždaviniai: ištirtos dažnio sintezatorių struktūros ir sukurta struktūra, tinkama įgyvendinti taikant nanometrines technologijas, sukurti ir ištirti siūlomos struktūros sintezatorių sudarančių blokų modeliai ir integriniai grandynai. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatū- ros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir keturi priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašo- mas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma ty- rimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, gi- namieji teiginiai bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje apžvelgiamos dažnio sintezatorių rūšys, aprašomi pag- rindiniai dažnio sintezatorių parametrai ir dažniausiai naudojamos kokybės funk- cijos. Apžvelgiami dažnio sintezatorių modeliai ir jų veikimas fazės ir dažnio sri- tyse. Aprašomi visiškai skaitmeninio dažnio sintezatoriaus triukšmų šaltiniai. Skyriaus pabaigoje suformuluojami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje pasiūlyta ir taikoma nauja kokybės funkcija, leidžianti at- likti daugiajuosčių dažnio sintezatorių palyginamąją analizę. Iškeliami reikalavi- mai pagrindiniams sintezatoriaus blokams, nagrinėjami laikinio skaitmeninio kei- tiklio skiriamosios gebos didinimo būdai, sukurtas naujas laikinio skaitmeninio keitiklio modelis. Siūloma dažnio sintezatoriaus struktūra daugiajuosčiams siųs- tuvams-imtuvams. Trečiajame skyriuje pagal iškeltus reikalavimus daugiajuosčio dažnio sinte- zatoriaus blokams, taikant kompiuterinių skaičiavimų ir eksperimentinius meto- dus yra kuriami ir tiriami laikinio skaitmeninio keitiklio, skaitmeniniu būdu val- domo generatoriaus bei skaitmeninio filtro integriniai grandynai. Disertacijos tema yra atspausdinti 7 moksliniai straipsniai: 4 – mokslo žurna- luose, įtrauktuose į Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazę, 1 – tarp- tautinių konferencijų medžiagoje, įtrauktoje į Clarivate Analytics Proceedings duomenų bazę, 2 – mokslo žurnaluose, referuojamuose kitose tarptautinėse duo- menų bazėse. Disertacijoje atliktų tyrimų rezultatai buvo paskelbti devyniose mokslinėse konferencijose Lietuvoje ir užsienyje

Low Power Resonant Rotary Global Clock Distribution Network Design

Along with the increasing complexity of the modern very large scale integrated (VLSI) circuit design, the power consumption of the clock distribution network in digital integrated circuits is continuously increasing. In terms of power and clock skew, the resonant clock distribution network has been studied as a promising alternative to the conventional clock distribution network. Resonant clock distribution network, which works based on adiabatic switching principles, provides a complete solution for on-chip clock generation and distribution for low-power and low-skew clock network designs for high-performance synchronous VLSI circuits.This dissertation work aims to develop the global clock distribution network for one kind of resonant clocking technologies: The resonant rotary clocking technology. The following critical aspects are addressed in this work: (1) A novel rotary oscillator array (ROA) topology is proposed to solve the signal rotation direction uniformity problem, in order to support the design of resonant rotary clocking based low-skew clock distribution network; (2) A synchronization scheme is proposed to solve the large scale rotary clocking generation circuit synchronization problem; (3) A low-skew rotary clock distribution network design methodology is proposed with frequency, power and skew optimizations; (4) A resonant rotary clocking based physical design flow is proposed, which can be integrated in the current mainstream IC design flow; (5) A dynamic rotary frequency divider is proposed for dynamic frequency scaling applications. Experimental and theoretical results show: (1) The efficiency of the proposed methodology in the construction of low-skew, low-power resonant rotary clock distribution network. (2) The effectiveness of the dynamic rotary frequency divider in extending the operating frequency range of the low-power resonant rotary based applications.Ph.D., Electrical Engineering -- Drexel University, 201