Energy harvester tutorial v Cadence

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá kompletním návrhem a ověřením integrovaného systému pro energy harvesting z piezoelektrických MEMS generátorů v technologii CMOS 0,18 µm. Práce detailně popisuje jednotlivé kroky návrhu všech klíčových bloků od tvorby schématu, přes simulace, návrh fyzické struktury (layout), až po ověřovací DRC/LVS kontroly v prostředí Cadence Virtuoso. Celý návrh je koncipován jako výukový tutoriál a je doplněn praktickými návody, obrázky a laboratorními úlohami pro usnadnění výuky návrhu analogových a smíšených integrovaných obvodů. Výsledný čip demonstruje funkčnost a integraci bloků, jako jsou usměrňovač, synchronní buck konvertor, bandgap reference, LDO regulátor, UVLO blok, SAW generátor pilového signálu a další. V práci jsou diskutovány klíčové aspekty fyzického návrhu, optimalizace layoutu a pravidel foundry pro úspěšnou výrobu. Součástí jsou také výsledky top-level simulací, ověření provozních režimů a doporučení pro další rozvoj energy harvesting systémů na čipu.

This master thesis presents the complete design and verification of an integrated energy harvesting system based on piezoelectric MEMS generators in CMOS 0.18 µm technology. The thesis provides a detailed description of each stage of the design of all key circuit blocks from schematic capture, through simulations and physical layout design, to DRC/LVS verification using the Cadence Virtuoso platform. The entire design is structured as an educational tutorial and is complemented by step-by-step guides, illustrations, and laboratory exercises to support the teaching of analog and mixed-signal IC design. The resulting chip demonstrates the functionality and integration of critical blocks such as a rectifier, synchronous buck converter, bandgap reference, LDO regulator, UVLO block, sawtooth (SAW) generator, and more. The thesis discusses the main aspects of physical design, layout optimization, and foundry rules required for successful chip fabrication. Top-level simulation results, verification of operational scenarios, and recommendations for further development of on-chip energy harvesting systems are also presented.