This work is at the start of an innovation project that aims to add new functionalities to gate drivers based on bidirectional on-chip bit transmissions between different voltage domains. A transceiver, first of its kind, has been designed and patented. A test chip has been fabricated and has given good results at bench validation. The first part of this work provides an introduction of the main concepts involving Variable Speed Drive (VSD) motors, with a particular attention to the Pulse Width Modulation (PWM) technique used in this field of application, and the basics of HV gate drivers realized in SOI (Silicon On Insulator) technology. Following, the architecture of a digital transceiver based on differential transmission through HV termination diodes is discussed together with simulation results. The design solutions found to overcome the issues typical of a high voltage environment are descripted in details. The final part presents the test chip layout and gathers the results obtained during bench validation and the conclusions.
Trasmissione di segnali digitali asincrona e a bassa potenza tra domini di tensione differenti per applicazoni in gate driver ad alta tensione realizzati in tecnologia SOI. Si può considerare questa tesi come l’abbrivio di un progetto di innovazione che mira all’implementazione di gate driver con nuove funzionalità basate sulla trasmissione bidirezionale tra domini di tensione diversa su uno stesso chip. Un circuito di trasmissione e di ricezione, primo nel suo genere, è stato progettato e brevettato. Un test chip è stato fabbricato e ha mostrato buoni risultati in fase di validazione sul banco di prova. La prima parte della tesi verte sull’introduzione dei concetti basilari concernenti il controllo di motori elettrici con velocità variabile, detti motori VSD (Variable Speed Drive). Particolare attenzione è stata dedicata alla descrizione della modulazione PWM usata in questo campo e alla descrizione dei gate driver realizzati con tecnologia SOI. A seguire, viene dettagliatamente descritta l’architettura del sistema di comunicazione sviluppato e le relative soluzioni progettuali per renderlo efficacemente utilizzabile sul campo, con riferimento alle problematiche introdotte dall’ambiente di lavoro ad alta tensione. La parte finale presenta il layout del chip, ovvero la stuttura fisica su silicio, e raccoglie i risultati ottenuti nel corso dei test a banco e le conclusioni.
ASYNCHRONOUS LOW-POWER TRANSMISSION OF DIGITAL SIGNALS BETWEEN DIFFERENT VOLTAGE DOMAINS FOR APPLICATIONS IN HV GATE DRIVERS REALIZED IN SOI TECHNOLOGY
PAGANINI, AMEDEO CARLO
2018/2019
Abstract
This work is at the start of an innovation project that aims to add new functionalities to gate drivers based on bidirectional on-chip bit transmissions between different voltage domains. A transceiver, first of its kind, has been designed and patented. A test chip has been fabricated and has given good results at bench validation. The first part of this work provides an introduction of the main concepts involving Variable Speed Drive (VSD) motors, with a particular attention to the Pulse Width Modulation (PWM) technique used in this field of application, and the basics of HV gate drivers realized in SOI (Silicon On Insulator) technology. Following, the architecture of a digital transceiver based on differential transmission through HV termination diodes is discussed together with simulation results. The design solutions found to overcome the issues typical of a high voltage environment are descripted in details. The final part presents the test chip layout and gathers the results obtained during bench validation and the conclusions.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/22709