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Presentation at "collegio Volta" related to the microelectronics research activity during my Phd at university of Pavia (in italian language)
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Collegio A. Volta Seminari Interni A.A.20082009
Amplificatore audio integrato per telefoni cellulari
Dottorato di ricerca in ingegneria microelettronica
Coordinatore: Prof. Rinaldo Castello
Alex Lollio
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Sommario1. Introduzione ai circuiti integrati
i. storia dell'elettronica
ii. nascita dei circuiti integrati
iii. circuiti integrati moderni
iv.mercato dei semiconduttori
2. Scopo dell'attività di ricerca
i. dispositivi portatili
ii. efficienza nei circuiti integrati
iii.efficienza dell'amplificatore in classe G
iv.difficoltà incontrate nel progetto
3. Conclusioni
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Nascita dell'elettronica
➔ anno 1906: invenzione della valvola a vuoto
➔ fu usata per le radio, televisori e computer
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ENIAC, il primo computer elettronico
anno 1946
costo $ 486'000
area 180mq
peso 30 t
18'000 valvole
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La rivoluzione del transistor
anno 1948
Laboratori Bell
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Primo circuito integrato
Anno 1966
Motorola
12 transistor
5 resistori
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Microprocessore Intel 4004
Anno 1971
1000 transistori
Frequenza: 1 MHz
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Intel Pentium IV
Anno 2004
42 milioni di transistori
Frequenza: 3 GHz
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Crescita dell'integrazione su silicio
1,000,000
100,000
10,000
1,000
10
100
11975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
K
IntelIntel
1 Miliardo di Transistori1 Miliardo di Transistori
8086
80286
i386™ Processor
i486™ ProcessorPentium® Processor
Pentium® Pro ProcessorPentium® II Processor
Pentium® III ProcessorPentium® 4 Processor
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Un transistore in un chip di 1.5mm di lunghezza è come un uomo in una città di 20km di diametro, per esempio Roma.
1.5mm
Roma20km
Paragone tra la dimensione di un uomo e di un transistor
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Paragone tra il cuore di un uomo e il clock di un chip
Il cuore di un uomo batte circa una volta per secondo.
In 96 anni di vita il cuore di un uomo batte per 3 miliardi di volte.
Il segnale di clock di un moderno microprocessore “batte” 3 miliardi di volte per secondo
96 anni per un uomo sono come un secondo per un circuito integrato
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Mercato della microelettronica
➔ L'investimento in ricerca e sviluppo è il 1520% del fatturato annuo
➔ Il 2530% è investito per rinnovare gli impianti produttivi
➔ Negli ultimi 40 anni il mercato dei semiconduttori è cresciuto del 15 % ogni anno
➔ Nel 2000 il mercato dei semiconduttori ha superato 200 miliardi di dollari di fatturato
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Amplificatore audio integrato per telefoni cellulari
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Dispositivi portatili
● incremento nella produzione di dispositivi portatili
● necessità di ridurre la dissipazione di potenza
● studio di nuove soluzioni circuitali ad alta efficienza
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Efficienza
=PL
Pali potenza assorbita dall'alimentazione
potenza assorbita dal carico (altoparlante)
=100%
100%
il chip non dissipa potenza (tutta la potenza assorbita finisce sul carico)
il chip dissipa parte della potenza che viene trasferita al carico
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Efficienza
=PL
Pali
=vL⋅iLvali⋅iali
vali vL
iali
iL
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Efficienza (classe G)
=PL
Pali
=vL⋅iLvali⋅iali
vali vL
iali
iL
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Efficienza (classe G)
=PL
Pali
=vL⋅iLvali⋅iali
vali vL
iali
iL
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Efficienza (classe G)
=PL
Pali
=vL⋅iLvali⋅iali
vali
vL
ialiiL
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Efficienza
singola alimentazione
vL
doppia alimentazione
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Efficienza (esempio pratico)
Ipotesi:➔ Volume dell'amplificatore pari a un quinto della dinamica consentita.➔ Potenza trasferita al carico pari a 10 mWatt.
batterie da 1.5 V da 1000mAh
singola alimentazione
doppia alimentazionecirca 9 orecirca 18 ore
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Svantaggi della doppia alimentazione
➔ l'area del chip è maggiore
➔ il sistema è molto più complicato
➔ distorsione legata alla commutazione tra le alimentazioni
➔ sono necessari un numero maggiore di componenti esterni al chip
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Conlcusioni
➔ L'attività di ricerca è iniziata a novembre 2007, ed è previsto un prototipo entro luglio 2009
➔ Una potenziale applicazione futura dell'amplificatore in classe G studiato è costituita dai ricetrasmettitori dei modem ADSL
