Projeto de um oscilador controlado por tensão para operação em temperaturas criogênicas

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo projetar um Oscilador Controlado por Tensão (VCO) por meio do fluxo de projeto de microeletrônica analógica. O dispositivo visa a aplicação em sistemas de controle e leitura de bits quânticos (qubits) integrados em circuitos com temperatura de operação criogênica (aproximadamente 4 K). Esse sistema de leitura e controle consiste em sub-circuitos, dentre os quais o oscilador desempenha o papel de gerar uma frequência de 5 GHz, necessária para a leitura do estado do qubit. Devido aos princípios da mecânica quântica, não é possível realizar uma medição direta sem colapsar o estado do sistema; portanto, utiliza-se a leitura indireta via circuitos de radiofrequência (RF) para preservar a integridade quântica. Este trabalho apresenta duas topologias de VCO baseadas em par de acoplamento cruzado (cross-coupled): a primeira composta por transistores NMOS e a segunda utilizando pares complementares (NMOS e PMOS). O desenvolvimento emprega ferramentas EDA da Cadence e o PDK IHP 130 nm. A robustez das topologias é comprovada tanto em temperatura ambiente quanto criogênica, por meio de simulações de estado estacionário periódico (PSS) e de ruído de fase, apresentando resultados comparativos com a literatura técnica.