Gruppo di circuiti e sistemi integrati Analogici, Mixed-mode e di Potenza

Il gruppo di ricerca AMPS (Analog, Mixed-mode and Power integrated circuits and Systems Group, Analog, Gruppo di circuiti e sistemi integrati Analogici, Mixed-mode e di Potenza) opera nel settore dell’elettronica analogica, mixed-signal e di potenza, sviluppando metodologie e soluzioni circuitali avanzate e non convenzionali per sistemi integrati intelligenti e ad alta efficienza energetica. Le attività di ricerca coprono l’intero flusso di progettazione, dallo studio ad alto livello di architetture innovative, alla progettazione circuitale fino alla prototipazione e caratterizzazione sperimentale di circuiti integrati.
Caratteristica distintiva del gruppo è la ricerca di soluzioni innovative e basate su tecniche digitali (digital-based) per la progettazione di circuiti analogici e mixed-mode che consentono di superare le limitazioni intrinseche dalla progettazione analogica tradizionale (legati per esempio al consumo statico di potenza, alla sensibilità alle variazioni dei parametri di processo, della tensione di alimentazione, e della temperatura (PVT)), che sono specialmente critiche nei nodi tecnologici più avanzati, permettendo di soddisfare le specifiche estremamente stringenti in termini di dimensioni e consumo di potenza di applicazioni emergenti quali i biosensori di ultima generazione (Wearables, Body Dust) e i sensori per l’Internet of Things (IoT) destinati a essere alimentati da energy harvester e/o batterie di dimensioni millimetriche.
In questa prospettiva, le attività del gruppo sono orientate allo sviluppo di circuiti e sistemi adatti al funzionamento a bassissima tensione di alimentazione (ultra-low voltage, ULV, <0.5V), a bassissimo consumo di potenza (ultra-low power, ULP, nW), (auto)riconfigurabili in modo intelligente e compatibili con un flusso di progetto digitale (standard cell). Un ambito di ricerca rilevante riguarda le interfacce analogiche avanzate per biosensori elettrochimici, dove accuratezza, robustezza e consumo energetico rappresentano vincoli progettuali chiave.
Nel campo della conversione dei segnali, il gruppo studia e sviluppa soluzioni per la conversione analogico-digitale e digitale-analogico di tipo innovativo (ad esempio, convertitori D/A a rilassamento e basati sulla modulazione diadica (DDPM)), ottimizzati per prestazioni, consumo di potenza e integrazione.
Parallelamente, il gruppo sviluppa soluzioni avanzate per la gestione della potenza (<1kW), tra cui convertitori DC-DC a commutazione e sistemi di conversione per fonti di energia rinnovabile basati su partial-power processing, con l’obiettivo di massimizzare l’efficienza energetica in un ampio intervallo di condizioni operative e garantirne l’affidabilità nell’arco dell’intero ciclo di vita. Le attività includono anche tecniche di modellazione e controllo dei convertitori di potenza e modulatori a larghezza d’impulso digitali innovativi (Digital Pulse Width Modulator, DPWM) fondamentali nei sistemi elettronici di potenza ad alte prestazioni e basati su dispositivi di ultima generazione in nitruro di gallio (GaN) e carburo di silicio (SiC).
Un ulteriore elemento distintivo del gruppo è l’attenzione alle problematiche ed alle prestazioni di compatibilità elettromagnetica (EMC) a livello di circuito integrato e di sistema, con particolare riferimento ai problemi di immunità ai disturbi dei circuiti integrati analogici e alla riduzione delle emissioni elettromagnetiche dei circuiti di potenza. In questo ambito, il gruppo sviluppa metodologie che integrano modellazione accurata dei fenomeni elettromagnetici e tecniche di mitigazione delle interferenze, come approcci spread-spectrum, contribuendo alla realizzazione di sistemi robusti e conformi agli standard normativi.