OPTIMIZATION OF A CRYSTAL OSCILLATOR DESIGN FOR A 28 NM SOC IMPLEMENTING START-UP TIME REDUCTION

Oliveros Sepúlveda, Sergio Sebastián; Tarazona Moreno, Andrés Leonardo

OPTIMIZATION OF A CRYSTAL OSCILLATOR DESIGN FOR A 28 NM SOC IMPLEMENTING START-UP TIME REDUCTION

dc.contributor.advisor	Ardila Ochoa, Javier Ferney
dc.contributor.advisor	Rueda Guerrero, Luis Eduardo
dc.contributor.author	Oliveros Sepúlveda, Sergio Sebastián
dc.contributor.author	Tarazona Moreno, Andrés Leonardo
dc.contributor.evaluator	Barrero Pérez, Jaime Guillermo
dc.contributor.evaluator	Mier Martínez, Javier Enrique
dc.date.accessioned	2024-05-22T15:38:16Z
dc.date.available	2024-05-22T15:38:16Z
dc.date.created	2024-05-22
dc.date.embargoEnd	2025-05-22
dc.date.issued	2024-05-22
dc.description.abstract	Este trabajo presenta una investigación sobre el diseño y optimización de un oscilador de cristal en tecnología CMOS de 28 nm para su implementación en un System-on-Chip (SoC), que está en desarrollo por el grupo de investigación OnChip. Se aborda específicamente el desafío de reducir el tiempo de arranque de este tipo de osciladores, característica crucial en aplicaciones de baja potencia. Debido al alto factor de calidad del cristal utilizado en el oscilador, el tiempo de arranque del circuito suele ser considerablemente largo, típicamente en órdenes de cientos de milisegundos. Este tiempo de arranque prolongado se ve influenciado por la resistencia negativa RN y el ruido interno asociado del oscilador. Para abordar este desafío, el proyecto se enfoca en la implementación exitosa de la técnica de ajuste dinámico de carga (DAL). La técnica DAL aprovecha el reloj generado por el oscilador para lograr un control automático de la capacitancia de carga del circuito. Inicialmente, se establece una capacitancia de valor bajo para aumentar la resistencia RN y, como consecuencia, reducir significativamente el tiempo de arranque del oscilador y la energía requerida para el inicio. Una vez la amplitud de la señal generada es considerada suficiente, la capacitancia se ajusta gradualmente y se establece en un valor mayor, determinado para funcionar indefinidamente. Esta estrategia no solo optimiza el rendimiento del sistema, sino que también promueve una mayor eficiencia energética, lo que tiene importantes implicaciones para el diseño y la implementación de sistemas electrónicos de baja potencia. Los resultados obtenidos incluyen un aumento del 210% en la velocidad del sistema y una reducción del consumo de energía de inicio de un 62.45%, los cuales tienen el potencial de contribuir significativamente en el desarrollo de sistemas electrónicos de baja potencia.
dc.description.abstractenglish	This paper presents research on the design and optimization of a crystal oscillator in 28 nm CMOS technology for implementation in a System-on-Chip (SoC), which is under development by the OnChip research group. It specifically addresses the challenge of reducing the start-up time of this type of oscillator, a crucial feature in low-power applications. Due to the high quality factor of the crystal used in the oscillator, the circuit's start-up time is typically considerably long, usually in the order of hundreds of milliseconds. This prolonged start-up time is influenced by the negative resistance RN and associated internal noise of the oscillator. To address this challenge, the project focuses on the successful implementation of the Dynamic Load Adjustment (DAL) technique. The DAL technique leverages the clock generated by the oscillator to achieve automatic control of the circuit's load capacitance. Initially, a low-value capacitance is set to increase the resistance RN and, consequently, significantly reduce the oscillator's start-up time and the energy required for start-up. Once the amplitude of the generated signal is deemed sufficient, the capacitance is gradually adjusted and set to a higher value, determined to operate indefinitely. This strategy optimizes the system's performance and promotes greater energy efficiency, which has significant implications for the design and implementation of low-power electronic systems. The results obtained include a 210% increase in system speed and a 62.45% reduction in start-up energy consumption, which have the potential to contribute significantly to the development of low-power electronic systems.
dc.description.cvlac	https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001909836
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Ingeniero Electrónico
dc.description.orcid	https://orcid.org/0000-0003-1842-9158
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/42551
dc.language.iso	eng
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program	Ingeniería Electrónica
dc.publisher.school	Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones
dc.rights	info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	OSCILADOR DE CRISTAL
dc.subject	TIEMPO DE INICIO
dc.subject	DAL
dc.subject	CMOS
dc.subject	SOC
dc.subject.keyword	CRYSTAL OSCILLATOR
dc.subject.keyword	START-UP TIME
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dc.subject.keyword	SOC
dc.title	OPTIMIZATION OF A CRYSTAL OSCILLATOR DESIGN FOR A 28 NM SOC IMPLEMENTING START-UP TIME REDUCTION
dc.title.english	OPTIMIZATION OF A CRYSTAL OSCILLATOR DESIGN FOR A 28 NM SOC IMPLEMENTING START-UP TIME REDUCTION
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dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado