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Spin Hall-Based Analog to Digital Encoder for Ultra-Compact Sensor Nodes

Description du projet

Développer des convertisseurs analogique-numérique pour les nœuds de capteurs ultra-compacts

Les convertisseurs analogique-numérique (CAN) compacts et de faible puissance sont un lien vital entre les capteurs et le traitement des données. Dans les implémentations dites «complementary metal-oxide-semiconductor» (CMOS) des CAN, l’intégration des CAN avec les capteurs s’est avérée difficile, les convertisseurs de données analogiques ont produit une forte puissance statique et les CAN CMOS ont affiché une résolution limitée. Le projet SHADE, financé par l’UE, vise à introduire une approche révolutionnaire pour les CAN à la fois en mode tension et en mode temps, avec une surface et une consommation d’énergie considérablement réduites. Il modélisera le comportement de l’élément magnétique contenant les caractéristiques de commutation et d’oscillation, concevra et simulera des quantificateurs en mode tension et en mode temps, adaptera les quantificateurs avec différents types de CAN courants dans les capteurs, et produira et testera les CAN. Le projet contribuera à combler l’écart entre la surface des CAN et le pas de pixel (pixel pitch) disponible.

Objectif

Low-power and compact analog-to-digital converter (ADC) is essential for sensor nodes as a link between the sensor and data processing. In restricted-area and high-speed sensors such as image sensors, each pixel needs a compact ADC for parallel data conversion. CMOS implementations of such ADCs have faced three challenges: 1) the difficulty of integrating ADCs with sensors in every pixel due to the large area of analog circuits exacerbated by poor scaling of analog circuits in CMOS, 2) the high static power of analog data converters, 3) limited resolution of CMOS ADC directly related to the process variations. Enormous effort has been devoted to addressing the challenges in such ADCs. Different types of ADCs from single-slope to delta-sigma have been investigated to achieve this, however, they are still far from the required area, resolution and power-density of the sensors. SHADE proposes a novel breakthrough approach benefiting from the small footprint of spintronics into the current ADC architectures. This has solutions for both voltage- and time-mode ADCs. SHADE will lead to at least three orders of magnitude smaller area in comparison with the state-of-the-art ADCs. The voltage-mode approach eliminates the memory array interfacing between the ADC and processor leading to a significant power-saving. SHADE is a major step towards filling the huge gap between the area of ADCs and the available pitch of pixels. The main objectives of this project are to characterize and model the behavior of the magnetic element containing both switching and oscillation features, design and simulation of both voltage- and time-mode quantizers through a developed model, adapting the quantizer with different types of ADCs usually used in sensors and fabrication and testing of ADCs. My experience in device modeling, integrated circuit design and spintronics together with expertise in the host and the secondment have put me in a unique position to run such a promising project.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) H2020-MSCA-IF-2019

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Coordinateur

AARHUS UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 207 312,00
Coût total
€ 207 312,00