Progettazione di un ASIC misto analogico-digitale per il controllo di circuiti fotonici integrati

The goal of this thesis is the design of a multichannel integrated mixed signal circuit able to control and reconfigure a silicon optical circuit in real time. Silicon Photonics has had a continuous increase in recent years allowing the creation of integrated photonic circuits with complex functions such as routers for telecommunications. The price to pay for low production costs and miniaturization is sensitivity of devices to temperature variations and process tolerances. It is therefore necessary to develop a closed-loop control that stabilizes the working point and ensures correct operation. In the first part of the thesis the control system that allows to automatically minimize or maximize the output of a Mach-Zehnder interferometer has been studied. By applying a dithering signal it is possible to obtain the information of the first derivative of the characteristic curve of the interferometer and with a dedicated system to reposition the working point. In the second part the architecture for the control system has been implemented, paying particular attention to the actuation system. To linearize the control system, a block has been created which approximates the square root.

L'obiettivo di questa tesi è la progettazione di un circuito elettronico misto analogico-digitale multicanale in grado di controllare e riconfigurare in tempo reale un circuito ottico in silicio. La fotonica su silicio ha avuto un continuo sviluppo negli ultimi anni permettendo la realizzazione di circuiti fotonici integrati con funzionalità complesse come ad esempio router per le telecomunicazioni. Il prezzo da pagare per avere bassi costi di produzione e miniaturizzazione è la sensibilità dei dispositivi alle variazioni di temperatura e alle tolleranze di processo. È quindi necessario sviluppare un controllo in anello chiuso che stabilizzi il punto di lavoro e assicuri il corretto funzionamento. Nella prima parte della tesi è stato studiato il sistema di controllo che consente di minimizzare o massimizzare in modo automatico l'uscita di un interferometro di Mach-Zehnder. Applicando un segnale di dithering è possibile ricavare l'informazione della derivata prima della curva caratteristica dell'interferometro e con un sistema dedicato riposizionare il punto di lavoro. Nella seconda parte è stata implementata l'architettura per il sistema di controllo, ponendo particolare attenzione per il sistema di attuazione. Per linearizzare il sistema di controllo è stato realizzato un blocco che approssima la radice quadrata.