El pasado día 02 de Enero de 2017,en el Salón de Actos de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Cartagena, tuvo lugar la lectura de tesis de título:“Modeling, Design and Implementation of High Performance and Low Power Dissipation Pipeline Analog to Digital Converters”dentro del Programa de Doctorado “Tecnologías de la Información y Comunicaciones” y defendida por el doctorando D. José Ángel Díaz Madrid bajo la dirección de los doctores Ginés Doménech Asensi y Matthias Oberst, pertenecientes al Universidad Politécnica de Cartagena y Fraunhofer Institute IIS (www.iis.fraunhofer.de) respectivamente. Este instituto es internacionalmente conocido por desarrollar y poseer la patente del formato de compresión de audio digital MP3.
Esta tesis doctoral se ha focalizado la modelización, el diseño y la implementación de convertidores analógico digitales (ADC) de topología pipeline con especial énfasis en la reducción de la potencia consumida. Los ADCs de topología pipeline son ampliamente utilizados en aplicaciones de video de alta resolución, elevada velocidad de muestreo y bajo consumo. El diseño de estos circuitos requiere simulaciones muy precisas a nivel de transistor incrementando exponencialmente los tiempos de diseño. Por tanto, para la mejorara de la eficiencia de estas simulaciones, es necesario hacer uso de metodologías y herramientas basadas en descripciones de alto nivel donde los macromodelos juegan un papel esencial.
En esta tesis se propone inicialmente el uso de leguajes de alto nivel como VHDL-AMS para la descripción y el estudio de los principales circuitos que componen el ADC y en una segunda etapa, se establece una metodología para sintetizar estas descripciones de alto nivel directamente en procesos tecnológicos de “Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS)” haciendo uso de los propios macromodelos desarrollados.
Con respecto a la síntesis e implementación de los ADC de topología pipeline, se ha estudiado impacto del amplificador operacional de transconductancia (OTA) en la reducción del consumo de estos circuitos estudiando dos estructuras típicas de OTAs: la telescópica y la folded-cascode ambas con gain-boosting. De este estudio se implementó un ADC de 40 Mmuestras/s y 12 bits de resolución.
Por otra parte, entre las diferentes técnicas para la reducción del consumo en estos ADCs, se investigó la técnica de la compartición del OTA como una posible técnica para conseguir este importante objetivo sin perder de otras prestaciones tales como resolución efectiva o frecuencia de muestreo. En esta tesis se ha diseñado tres prototipos de ADCs, el primero sin compartición de OTA, en el segundo se implementó esta técnica parcialmente y en el último se hizo uso de la compartición del OTA en todas las etapas del ADC.
De las resultados obtenidos de la anterior investigación, se plantearon cambios estructurarles en el OTA como la inclusión de cuatro entradas en el OTA así como otra circuitería asociada que permitió la adaptación de la potencia de acuerdo con las especificaciones de cada etapa. Estas innovaciones permitieron una reducción sustancial del consumo contribuyendo a una clara mejora del estado del arte en ADCs de topología pipeline.
La tesis obtuvo como reconocimiento por parte del tribunal internacional evaluador la máxima calificación académica de Sobresaliente “Cum Laude” así como la correspondiente mención internacional.