Progettazione di Oscillatori in Tecnologia TFT Flessibile

Abstract

Il presente lavoro di tesi riguarda la progettazione, l'implementazione e l'analisi comparativa di oscillatori a rilassamento realizzati in tecnologia a film sottile (TFT) su substrato flessibile, utilizzando il processo FlexIC gen 3 di PragmatIC Semiconductor. L’elettronica basata su ossido di indio, gallio e zinco (IGZO) offre grandi opportunità per l'IoT economico, ma la mancanza di dispositivi PMOS e la sensibilità alle variazioni di processo (PVT) rendono critica la realizzazione di riferimenti temporali stabili.

Il cuore della ricerca risiede nello sviluppo di tre diverse versioni di un oscillatore a rilassamento, differenziate dalla topologia delle celle logiche utilizzate. La prima versione, basata sulla libreria standard a carico resistivo, è stata utilizzata come benchmark, evidenziando limiti in termini di area e una forte asimmetria nei tempi di commutazione. Per migliorare le prestazioni, sono state progettate due varianti innovative dell'oscillatore che integrano celle a carico attivo NMOS-only: una basata su una rete di pull-up "pseudo-PMOS" e una su una logica a precarica.

This thesis focuses on the design, implementation, and comparative analysis of relaxation oscillators fabricated using Thin-Film Transistor (TFT) technology on flexible substrates, specifically employing the PragmatIC Semiconductor FlexIC gen 3 process. While Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO) electronics offer significant potential for low-cost IoT, the absence of PMOS devices and sensitivity to Process, Voltage, and Temperature (PVT) variations make the realization of stable timing references a critical challenge.

The core of this research lies in the development of three distinct versions of a relaxation oscillator, differentiated by the topology of the logic cells used. The first version, based on the standard resistive-load library, served as a benchmark, highlighting limitations in area occupancy and severe switching asymmetry. To enhance performance, two innovative oscillator variants were designed integrating NMOS-only active-load cells: one based on a "pseudo-PMOS" pull-up network and another on precharge logic.