Efektivní použití obvodů zlomkového řádu v integrované technice
Loading...
Files
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Integrace a derivace jsou obvykle známy pro celočíselný řád (tj. první, druhý, atd.). Existuje ale zobecnění pro zlomkové (neceločíselné) řády, které lze implementovat pomocí elektronických obvodů zlomkového řádu (případně provést jejich aproximaci) a které poskytuje nový stupeň volnosti pro návrh elektronických obvodů. Obvody zlomkového řádu jsou obvykle aproximovány diskrétními součástkami pomocí RC struktur s velkými rozsahy odporů a kapacit, a tím se jeví nepraktické pro použití v integrovaných obvodech. Tato práce prezentuje implementaci obvodů zlomkového řádu v integerovaných obvodech a jejich praktické využití v této oblasti. Jsou použity prvky se soustředěnými parametry (např. RC žebřík) i prvky s rozprostřenými parametery (např. R-PMOScap, skládající se z nesalicidovaného proužku polykrystalického křemíku nad hradlovým oxidem); je použita pouze technologie typu analogvý CMOS bez dodatečných procesních kroků. Užití obvodů zlomkového řádu bylo demonstrováno realizací několika integrovaných napěťových regulátorů, v nichž obvody zlomkového řádu realizují řízení zlomkového řádu za účelem dosažení silné stejnosměrné regulace a dobré stability regulační smyčky - i bez použití kompenzační nuly nebo příliš vysoké externí kapacity (některé napěťové regulátory dovolují i zatěžovací kapacitou v rozsahu nula až nekonečno).
Integration and differentiation are usually known for an integer order (i.e. first, second, etc.); however, a generalization to a fractional (non-integer) order is possible, which can be implemented by fractional-order electronic circuits (or make an approximation) and which provide a new degree of freedom for design. Approximation of fractional-order circuits with discrete components usually employs RC structures with a wide range of resistances and capacitances and appear difficult to use in integrated circuits. This work shows implementation of fractional-order circuits in integrated circuits and their use in circuit design. Lumped-element components (e.g. RC ladder) and distributed elements (e.g. R-PMOScap, consisting of unsalicided polysilicon strip above gate oxide) are used; only analog CMOS process is used, without any special processing steps. The usefulness of fractional-order circuits has been practically demonstrated by realization of several integrated voltage regulators, in which fractional-order circuits implement fractional-order regulation to achieve both tight DC regulation and a good stability of the regulation loop, without requiring a compensation zero or too large external capacitance (some of the regulators even allow a load capacitance from zero to infinity).
Integration and differentiation are usually known for an integer order (i.e. first, second, etc.); however, a generalization to a fractional (non-integer) order is possible, which can be implemented by fractional-order electronic circuits (or make an approximation) and which provide a new degree of freedom for design. Approximation of fractional-order circuits with discrete components usually employs RC structures with a wide range of resistances and capacitances and appear difficult to use in integrated circuits. This work shows implementation of fractional-order circuits in integrated circuits and their use in circuit design. Lumped-element components (e.g. RC ladder) and distributed elements (e.g. R-PMOScap, consisting of unsalicided polysilicon strip above gate oxide) are used; only analog CMOS process is used, without any special processing steps. The usefulness of fractional-order circuits has been practically demonstrated by realization of several integrated voltage regulators, in which fractional-order circuits implement fractional-order regulation to achieve both tight DC regulation and a good stability of the regulation loop, without requiring a compensation zero or too large external capacitance (some of the regulators even allow a load capacitance from zero to infinity).
Description
Keywords
Caputova derivace, Grünwald-Letnikovova derivace, napěťový regulátor, napěťový regulátor s nízkým úbytkem, obvod zlomkového řádu, obvody s rozprostřenými parametry, přímý RC žebřík, R-PMOScap, RDC struktura, regulace zlomkového řádu, Riemann-Liouvilleova derivace, sledovačový napěťový regulátor, Caputo derivative, distributed-parameter circuit, follower voltage regulator, fractional-order control, fractional-order circuit, Grünwald-Letnikov derivative, low-dropout voltage regulator, R-PMOScap, RDC structure, Reimann-Liouville derivative, straight RC ladder, voltage regulator
Citation
KADLČÍK, L. Efektivní použití obvodů zlomkového řádu v integrované technice [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Elektronika a sdělovací technika
Comittee
prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka (člen)
doc. Ing. Norbert Herencsár, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Oldřich Ondráček, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Karel Hájek, CSc. (člen)
prof. Ing. Miroslav Husák, CSc. – oponent (člen)
prof. Ing. Milan Štork, CSc. – oponent (člen)
Date of acceptance
2020-12-14
Defence
Práce Ing. Libora Kadlčíka se zabývá teorií, simulací a implementací obvodů zlomkového řádu v integrovaných obvodech. Práce přináší nové poznatky v konstrukci prvků zlomkového řádu a teoretické návrhy nových typů napěťových regulátorů s nízkým úbytkem napětí ověřený realizací pomocí struktur s rozloženými parametry. Doktorand spojil ve své práci teoretické znalosti s technicko-inženýrskými schopnostmi a potvrdil tak svoji schopnost samostatné vědecké práce na velmi dobré úrovni. Komise se jednomyslně usnesla na závěru, že Ing. Libor Kadlčík splnil všechny vytyčené cíle a dosaženými výsledky a publikační činností splnil podmínky k udělení akademického titulu doktor.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení