I. Giới thiệu về ADC công suất thấp và vật liệu điện tử hữu cơ
Luận án tập trung vào thiết kế bộ ADC công suất thấp sử dụng vật liệu điện tử hữu cơ, một hướng nghiên cứu tiên tiến trong lĩnh vực điện tử. ADC công suất thấp đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống IoT và thiết bị y sinh, nơi tiết kiệm năng lượng là yêu cầu hàng đầu. Vật liệu điện tử hữu cơ mang lại lợi thế về tính linh hoạt, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Luận án đề cập đến các thách thức trong việc thiết kế ADC sử dụng vật liệu hữu cơ, bao gồm độ ổn định và tần số hoạt động thấp.
1.1. Tổng quan về ADC công suất thấp
ADC công suất thấp là thành phần không thể thiếu trong các thiết bị di động và hệ thống IoT. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu năng lượng tiêu thụ. SAR ADC là cấu trúc được ưa chuộng nhờ khả năng cân bằng giữa hiệu suất và công suất tiêu thụ. Luận án phân tích các thông số cơ bản của ADC như ENOB, SFDR, và FoM, đồng thời so sánh hiệu suất của các loại ADC khác nhau.
1.2. Vật liệu điện tử hữu cơ và ứng dụng
Vật liệu điện tử hữu cơ như pentacene và fullerene được sử dụng để chế tạo OTFT, mang lại khả năng uốn cong và chi phí sản xuất thấp. Luận án nhấn mạnh tiềm năng của công nghệ điện tử hữu cơ trong các ứng dụng y sinh và thiết bị đeo. Tuy nhiên, việc thiếu các mô hình chính xác cho OTFT là rào cản lớn trong thiết kế mạch. Luận án đề xuất phương pháp mô hình hóa OTFT dựa trên dữ liệu thực nghiệm để hỗ trợ thiết kế ADC.
II. Thiết kế và mô phỏng SAR ADC hữu cơ
Luận án trình bày quy trình thiết kế bộ ADC sử dụng vật liệu điện tử hữu cơ, từ việc mô hình hóa OTFT đến thiết kế các khối chính của SAR ADC. Các khối như mạch so sánh, D flip-flop, và SAR logic được thiết kế và mô phỏng để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác. Kết quả mô phỏng cho thấy SAR ADC hữu cơ đạt được ENOB và FoM tương đương với các thiết kế truyền thống, đồng thời tiêu thụ công suất thấp hơn.
2.1. Mô hình hóa OTFT
Luận án đề xuất phương pháp mô hình hóa OTFT dựa trên dữ liệu đo đặc tính điện từ các mẫu thực nghiệm. Các thông số như độ linh động, điện áp ngưỡng và dòng rò được xác định để xây dựng mô hình tương đương. Mô hình này được tích hợp vào công cụ thiết kế để hỗ trợ mô phỏng các mạch logic và tương tự. Kết quả mô phỏng cho thấy độ chính xác cao so với dữ liệu thực nghiệm.
2.2. Thiết kế các khối chính của SAR ADC
Các khối chính của SAR ADC bao gồm mạch so sánh, D flip-flop, và SAR logic được thiết kế sử dụng OTFT. Luận án phân tích ảnh hưởng của các thông số đầu vào như điện áp nguồn và tần số lấy mẫu đến hiệu suất của ADC. Kết quả mô phỏng cho thấy SAR ADC hữu cơ đạt ENOB 6 bit với công suất tiêu thụ thấp, phù hợp cho các ứng dụng y sinh và IoT.
III. Tối ưu hóa và ứng dụng của SAR ADC hữu cơ
Luận án đề xuất các giải pháp tối ưu hóa ADC để giảm thiểu công suất tiêu thụ, bao gồm việc sử dụng OTFT điện áp thấp và cải tiến cấu trúc D flip-flop. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các giải pháp này trong việc cải thiện FoM và giảm năng lượng tiêu thụ. SAR ADC hữu cơ được đánh giá là có tiềm năng lớn trong các ứng dụng y sinh, nơi yêu cầu về công suất thấp và tính linh hoạt cao.
3.1. Giải pháp giảm công suất tiêu thụ
Luận án đề xuất sử dụng OTFT điện áp thấp và cải tiến cấu trúc D flip-flop để giảm công suất tiêu thụ của SAR ADC. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các giải pháp này trong việc cải thiện FoM và giảm năng lượng tiêu thụ. Cấu trúc H-DEDFF được đề xuất để tối ưu hóa hiệu suất và công suất tiêu thụ.
3.2. Ứng dụng trong điện tử y sinh
SAR ADC hữu cơ được đánh giá là có tiềm năng lớn trong các ứng dụng y sinh, nơi yêu cầu về công suất thấp và tính linh hoạt cao. Luận án đề xuất sử dụng ADC này trong các thiết bị đo tín hiệu điện tim và điện não, mang lại hiệu suất cao và chi phí thấp.
