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Sensore CMOS per Applicazioni Endoscopiche #

Panoramica #

Questo progetto ha riguardato lo sviluppo dei blocchi digitali di un sensore CMOS progettato per applicazioni endoscopiche. Il pipeline comprendeva l’acquisizione dei pixel dai convertitori ADC, l’elaborazione dei dati con filtraggio minimo e lo streaming dei dati elaborati verso un’interfaccia di uscita analogica. Il progetto ha inoltre richiesto la progettazione di blocchi di controllo chiave, come il sequencer e il generatore di timing, per una corretta integrazione con i componenti analogici.

Caratteristiche Principali e Risultati #

Sviluppo del Pipeline:
- Progettazione del pipeline digitale per l’acquisizione dei dati dai convertitori ADC, inclusa l’elaborazione del percorso dati con filtraggio minimo e lo streaming verso un’interfaccia di uscita analogica.
Controllo e Sequenziamento:
- Sviluppo del sequencer e del generatore di timing necessari per sincronizzare e controllare i blocchi analogici del sensore.
Gestione delle Interfacce Registro:
- Implementazione dell’interfaccia di configurazione e controllo tramite registri.
- Distribuzione dei registri e dei segnali di clock per garantire un funzionamento efficiente dei blocchi digitali posizionati in diverse aree dell’ASIC.
Sviluppo e Verifica RTL:
- Progettazione di tutti i componenti digitali in VHDL, con particolare attenzione alla funzionalità, all’efficienza e alla modularità.
Supporto per il Design Fisico:
- Scrittura di vincoli di timing dettagliati per guidare la sintesi e garantire la chiusura del timing.
- Esecuzione di partial backend runs utilizzando strumenti Cadence per verificare la sintesi e risolvere i problemi di timing.

Dettagli Tecnici #

Caratteristiche del Pipeline:
- Acquisizione dei dati dai convertitori ADC, con l’applicazione di un filtraggio minimo per ridurre il rumore.
- Streaming dell’uscita analogica per una facile integrazione con interfacce esterne.
Logica di Controllo:
- Sviluppo di un sequencer per orchestrare il funzionamento dei blocchi digitali e analogici.
- Creazione di un generatore di timing per fornire segnali di temporizzazione precisi ai componenti analogici del sistema.
Gestione di Clock e Registri:
- Progettazione della distribuzione dei segnali di clock e registri su tutto il chip, ottimizzando le prestazioni e il consumo energetico.
Dettagli di Implementazione:
- Programmazione RTL in VHDL per tutti i blocchi digitali.
- Sviluppo e applicazione di vincoli di timing per garantire la chiusura del timing.
- Utilizzo degli strumenti Cadence, tra cui:
  - Cadence Genus per la sintesi.
  - Cadence Xcelium per la simulazione.
  - Cadence Innovus per il design fisico.
  - Cadence Tempus per l’analisi del timing.

Sfide e Soluzioni #

Chiusura del Timing: Affrontate le sfide legate al timing iterando sulle run di sintesi e affinando i vincoli di timing con Tempus per rispettare requisiti stringenti.
Distribuzione del Clock: Garantita una distribuzione robusta dei segnali di clock nell’ASIC per mantenere la sincronizzazione dei blocchi digitali.
Integrazione con Componenti Analogici: Progettazione di un sequencer e di un generatore di timing per controllare con precisione le funzioni analogiche, garantendo un funzionamento fluido del sistema mixed-signal.
Utilizzo degli Strumenti: Sfruttata la suite completa degli strumenti Cadence per progettazione, verifica e chiusura del timing.

Risultato #

Il progetto ha consegnato con successo tutti i blocchi digitali necessari per il sensore CMOS, consentendo un funzionamento affidabile e preciso in applicazioni endoscopiche. Grazie alla chiusura del timing robusta, alla distribuzione efficiente del clock e all’integrazione fluida con i componenti analogici, il design ha soddisfatto i rigorosi requisiti delle applicazioni medicali. L’implementazione RTL in VHDL, supportata da sintesi e verifica fisica rigorosa con strumenti Cadence, ha prodotto un ASIC ad alte prestazioni e affidabile.