Contribution à la conception d'un convertisseur sigma-delta passe-bande à temps continu dans une technologie standard CMOS PDF Download
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Author: Sorore Benabid
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Category :
Languages : fr
Pages : 181
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Book Description
CE TRAVAIL DE THESE S’INTEGRE DANS LE CADRE DE LA CONVERSION ANALOGIQUE-NUMERIQUE SIGMA-DELTA, ADAPTEE AUX APPLICATIONS DEMANDANT UNE GRANDE PRECISION. LE BUT EST D’ETUDIER LA FAISABILITE D’UNE NOUVELLE ARCHITECTURE PARALLELE DE MODULATEUR SIGMA-DELTA MULTIBIT PASSE-BANDE UTILISANT DES FILTRES LC INTEGRES, COMPATIBLES AVEC DES APPLICATIONS HAUTES FREQUENCES. UNE CONCEPTION AU NIVEAU TRANSISTOR NOUS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LES PRINCIPALES CONTRAINTES LIEES A LA REALISATION DE LA PARTIE ANALOGIQUE DU MODULATEUR (RESONATEUR GMLC, CAN, CNA) SUR UNE TECHNOLOGIE STANDARD CMOS 0.35μM, A SAVOIR: LA MAUVAISE QUALITE DES INDUCTANCES INTEGREES, LA LIMITATION EN GAIN ET EN FREQUENCE, LA NON LINEARITE ET LE RETARD. NOUS AVONS PROPOSE UN SCHEMA D'AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL A TRANSCONDUCTANCE (GM) AYANT UNE BONNE LINEARITE. UNE STRUCTURE DE SOURCES DE COURANT COMMUTEES A ETE PROPOSEE PERMETTANT D'AMELIORER LES PERFORMANCES DYNAMIQUES DU CNA 3-BITS. EN UTILISANT DEUX CAN 3-BITS EN ALTERNANCE, NOUS AVONS PU ECHANTILLONNER A 1.2GHZ ET RENDRE INTEGRABLE LA CELLULE RESONANTE GMLC CENTREE AUTOUR DE 300MHZ. DE PLUS, A CETTE FREQUENCE, L'INDUCTANCE INTEGREE PRESENTE DES PERTES OHMIQUES CONSIDERABLES QUI REDUISENT FORTEMENT LE FACTEUR DE QUALITE DU FILTRE ET RAJOUTENT UN RETARD DANS LA BOUCLE. POUR CONSERVER LES PERFORMANCES DU MODULATEUR, NOUS AVONS RETENUE UNE TECHNIQUE DE COMPENSATION ACTIVE DU FACTEUR DE QUALITE. LES RESULTATS DE SIMULATION AU NIVEAU TRANSISTOR DE LA BOUCLE DU MODULATEUR INDIQUENT UNE RESOLUTION DE L’ORDRE DE 13 BITS DANS UNE BANDE DE 6MHZ.
Author: Sorore Benabid
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Languages : fr
Pages : 181
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Book Description
CE TRAVAIL DE THESE S’INTEGRE DANS LE CADRE DE LA CONVERSION ANALOGIQUE-NUMERIQUE SIGMA-DELTA, ADAPTEE AUX APPLICATIONS DEMANDANT UNE GRANDE PRECISION. LE BUT EST D’ETUDIER LA FAISABILITE D’UNE NOUVELLE ARCHITECTURE PARALLELE DE MODULATEUR SIGMA-DELTA MULTIBIT PASSE-BANDE UTILISANT DES FILTRES LC INTEGRES, COMPATIBLES AVEC DES APPLICATIONS HAUTES FREQUENCES. UNE CONCEPTION AU NIVEAU TRANSISTOR NOUS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LES PRINCIPALES CONTRAINTES LIEES A LA REALISATION DE LA PARTIE ANALOGIQUE DU MODULATEUR (RESONATEUR GMLC, CAN, CNA) SUR UNE TECHNOLOGIE STANDARD CMOS 0.35μM, A SAVOIR: LA MAUVAISE QUALITE DES INDUCTANCES INTEGREES, LA LIMITATION EN GAIN ET EN FREQUENCE, LA NON LINEARITE ET LE RETARD. NOUS AVONS PROPOSE UN SCHEMA D'AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL A TRANSCONDUCTANCE (GM) AYANT UNE BONNE LINEARITE. UNE STRUCTURE DE SOURCES DE COURANT COMMUTEES A ETE PROPOSEE PERMETTANT D'AMELIORER LES PERFORMANCES DYNAMIQUES DU CNA 3-BITS. EN UTILISANT DEUX CAN 3-BITS EN ALTERNANCE, NOUS AVONS PU ECHANTILLONNER A 1.2GHZ ET RENDRE INTEGRABLE LA CELLULE RESONANTE GMLC CENTREE AUTOUR DE 300MHZ. DE PLUS, A CETTE FREQUENCE, L'INDUCTANCE INTEGREE PRESENTE DES PERTES OHMIQUES CONSIDERABLES QUI REDUISENT FORTEMENT LE FACTEUR DE QUALITE DU FILTRE ET RAJOUTENT UN RETARD DANS LA BOUCLE. POUR CONSERVER LES PERFORMANCES DU MODULATEUR, NOUS AVONS RETENUE UNE TECHNIQUE DE COMPENSATION ACTIVE DU FACTEUR DE QUALITE. LES RESULTATS DE SIMULATION AU NIVEAU TRANSISTOR DE LA BOUCLE DU MODULATEUR INDIQUENT UNE RESOLUTION DE L’ORDRE DE 13 BITS DANS UNE BANDE DE 6MHZ.
Author: Emilie Avignon
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 180
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Book Description
La conversion sigma-delta passe-bande à temps continu constitue une approche intéressante pour la conversion directe de signaux radiofréquences. Elle laisse présager une précision accrue en raison du sur-échantillonnage et de la mise en forme du bruit de quantification, pour une consommation et une surface d’implantation moindre comparée aux autres dispositifs. Les difficultés de réalisation de ce type de circuit, investiguées dés le début des années 90, résident essentiellement dans l’intégration des résonateurs (Gm-C ou Gm-LC) avec des composants passifs de bonne qualité. Par ailleurs, la vitesse de fonctionnement est limitée par la technologie. Dans ce contexte et pour faire un premier pas vers des systèmes de conversions rapides et agiles sur une bande de fréquence limitée, nous avons exploré la faisabilité d’un convertisseur sigma-delta passe-bande à fréquence centrale ajustable au travers de la conception, en technologie GaAs P-HEMT 0.2 μm, d’un modulateur sigma-delta prototype dont la fréquence centrale de travail est réglable. L’architecture du modulateur conçu comprend un retard supérieur à une période d’échantillonnage et le filtre de boucle est implanté en parallèle, avec des résonateurs de type Gm-LC à résistance négative, afin d’assurer à la fois la stabilité et la précision du dispositif. Le réglage de la fréquence centrale s’opère par le biais de varicaps sur le résonateur d’entrée. La conception et l’implantation du circuit nous ont permis de développer une méthodologie générale basée sur des simulations mixtes (niveau fonctionnel, niveau transistor), de mettre en évidence les difficultés techniques de réalisation et de proposer des solutions, de cerner les sensibilités majeures aux dispersions technologiques, mais aussi d’évaluer, par des simulations au niveau transistor, les performances pouvant être atteintes par ce type de dispositif de conversion. Pour une fréquence centrale de 750 MHz et une fréquence de sur-échantillonnage de 3 GHz, la résolution sur une bande de 4 MHz s’élève à 10 bits. La fréquence centrale du modulateur peut être réglée de 725 MHz où la résolution atteint 9 bits à 750 MHz où la résolution atteint 10 bits.
Author: Nejmeddine Jouida
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Languages : fr
Pages : 0
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Le travail de recherche que nous présentons dans cette thèse s'inscrit dans le domaine de la conception des circuits et systèmes pour la numérisation des signaux radio large bande multistandard. La finalité de ces travaux est l'établissement de nouvelles méthodologies de conception des circuits analogiques et mixtes VLSI, et à faible consommation pour le convertisseur analogique numérique (CAN). Nous proposons l'utilisation d'un CAN de type S? complexe passe-bande à temps-continu pour l'architecture Low-IF. Ce qui permet de simplifier l'étage analogique en bande de base en esquivant le besoin de circuits tels que le contrôleur de gain automatique, le filtre anti-repliement et les filtres de rejection d'images. Le récepteur est plus linéaire et présente un degré d'intégrabilité adéquat pour les applications multistandard de type Radio logicielle Restreinte (SDR). La première contribution consiste à proposer une méthodologie originale et complètement automatisée de dimensionnement du modulateur ?? pour la réception SDR. Une nouvelle stratégie de stabilisation, basée sur le placement des zéros et des pôles du filtre de boucle, est élaborée permettant ainsi de simplifier le passage du temps-discret vers le temps-continu par une simple correspondance entre les domaines pour les intégrateurs et les résonateurs du filtre de boucle. La deuxième contribution concerne la construction d'une architecture générique du modulateur ?? complexe à temps-continu en suivant une méthodologie originale. Les éléments de base de cette architecture sont les deux modulateurs ?? passe-bas pour les voies I et Q à temps-continu. Les deux filtres de boucles sont en couplage croisé en structure polyphase, ce qui permet le décalage vers la fréquence intermédiaire du récepteur. Nous avons conçu un outil de dimensionnement sous MATLAB pour les modulateurs S? multistandard stables d'ordre élevés à temps-continu, passe bas, passe-bande réel et complexe. La troisième contribution de ces travaux concerne la proposition d'une méthodologie de conception avancée de circuits mixtes VLSI pour les CANs de type ??. Cette méthodologie de conception permet une combinaison des approches descendante 'Top-down' et montante 'Bottom-up', ce qui rend possible l'analyse des compromis de conception par l'utilisation concurrente des circuits au niveau transistor et des modèles comportementaux. Cette approche permet de faire allier à la fois la précision et la vitesse de processus de simulation lors de la conception des CANs de type ??. La modélisation comportementale du modulateur S?, en utilisant le langage VHDL-AMS, nous a permis de développé une bibliothèque de modèles permettant la prise en compte des imperfections tels que le bruit, le jitter, le retard de boucle au niveau comportemental. Afin d'illustrer la méthodologie de conception proposée, un exemple de la vérification par la simulation mixte est fourni à travers la conception d'un quantificateur en technologie CMOS. L'extraction des paramètres des imperfections du schéma au niveau transistor a permit d'enrichir le modèle comportemental et de prévenir les anomalies causant la dégradation des performances du modulateur S?.
Author: Julien Goulier
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Languages : fr
Pages : 158
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Ce travail de recherche porte sur la conversion analogique numérique delta sigma à temps continu passe-bas, et plus particulièrement sur les difficultés de réalisation de ce type de convertisseur. L'objectif global de ces recherches était la mise en place d'une méthode de conception adaptée. Dans un premier temps, le travail s'est focalisé sur le calcul d'architecture et l'obtention de coefficients adaptés à une spécification donnée. L'impact des imperfections d'horloge sur les performances de ces convertisseurs a ensuite été étudié et une méthode analytique d'estimation des dégradations introduites par l'intermédiaire de l'horloge a été proposée. Ces deux étapes clefs lors de la réalisation d'un delta sigma à temps continu ont été intégrées à un flot de conception complet allant des spécifications à l'implémentation sur silicium. Finalement, ce flot de conception a été utilisé pour réaliser un modulateur delta sigma à temps continu en technologie CMOS065 pour une application WLAN.
Author: Jose M. de la Rosa
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1118568435
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 463
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Book Description
A comprehensive overview of Sigma-Delta Analog-to-Digital Converters (ADCs) and a practical guide to their design in nano-scale CMOS for optimal performance. This book presents a systematic and comprehensive compilation of sigma-delta converter operating principles, the new advances in architectures and circuits, design methodologies and practical considerations − going from system-level specifications to silicon integration, packaging and measurements, with emphasis on nanometer CMOS implementation. The book emphasizes practical design issues – from high-level behavioural modelling in MATLAB/SIMULINK, to circuit-level implementation in Cadence Design FrameWork II. As well as being a comprehensive reference to the theory, the book is also unique in that it gives special importance on practical issues, giving a detailed description of the different steps that constitute the whole design flow of sigma-delta ADCs. The book begins with an introductory survey of sigma-delta modulators, their fundamentals architectures and synthesis methods covered in Chapter 1. In Chapter 2, the effect of main circuit error mechanisms is analysed, providing the necessary understanding of the main practical issues affecting the performance of sigma-delta modulators. The knowledge derived from the first two chapters is presented in the book as an essential part of the systematic top-down/bottom-up synthesis methodology of sigma-delta modulators described in Chapter 3, where a time-domain behavioural simulator named SIMSIDES is described and applied to the high-level design and verification of sigma-delta ADCs. Chapter 4 moves farther down from system-level to the circuit and physical level, providing a number of design recommendations and practical recipes to complete the design flow of sigma-delta modulators. To conclude the book, Chapter 5 gives an overview of the state-of-the-art sigma-delta ADCs, which are exhaustively analysed in order to extract practical design guidelines and to identify the incoming trends, design challenges as well as practical solutions proposed by cutting-edge designs. Offers a complete survey of sigma-delta modulator architectures from fundamentals to state-of-the art topologies, considering both switched-capacitor and continuous-time circuit implementations Gives a systematic analysis and practical design guide of sigma-delta modulators, from a top-down/bottom-up perspective, including mathematical models and analytical procedures, behavioural modeling in MATLAB/SIMULINK, macromodeling, and circuit-level implementation in Cadence Design FrameWork II, chip prototyping, and experimental characterization. Systematic compilation of cutting-edge sigma-delta modulators Complete description of SIMSIDES, a time-domain behavioural simulator implemented in MATLAB/SIMULINK Plenty of examples, case studies, and simulation test benches, covering the different stages of the design flow of sigma-delta modulators A number of electronic resources, including SIMSIDES, the statistical data used in the state-of-the-art survey, as well as many design examples and test benches are hosted on a companion website Essential reading for Researchers and electronics engineering practitioners interested in the design of high-performance data converters integrated in nanometer CMOS technologies; mixed-signal designers.
Author: Abdeljalil Yahia
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 151
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Book Description
Ce travail est consacré à la conception automatisée des convertisseurs analogique-numérique sigma-delta passe-bande (PB) à temps continu (TC). Une étude générale sur la conversion sigma-delta pour les modulateurs passe-bas et passe-bande a d'abord été menée. La modélisation, la stabilité et l'évaluation de leurs performances y sont abordées. Différentes architectures déjà développées, ainsi que leurs caractéristiques, leurs avantages et leurs limites fonctionnelles sont ensuite succinctement présentées. La conception de modulateurs sigma-delta PB à TC est ensuite abordée. Une méthode utilisant l'invariance impulsionnelle pour transformer un modulateur à temps discret en un modulateur à temps continu a été développée. Elle a conduit à une procédure automatique implémentée sous Matlab. Ces transformations et modélisations permettent de simuler des architectures à TC en utilisant des outils de simulations plus rapides que les simulateurs analogiques. Une nouvelle méthode d'analyse et de synthèse des modulateurs sigma-delta PB à TC est présentée. Elle rend possible la synthèse de modulateurs sigma-delta ayant un retard supérieur à une période d'échantillonnage, pourvu qu'un bouclage soit ajouté à l'entrée du CAN. Nous avons montré que la résolution dépend du choix de son emplacement. Une série de simulations a été réalisée sur des modulateurs sigma-delta PB d'ordre 8, afin de valider la méthode générale. La faisabilité du modulateur est assurée en prenant en compte une éventuelle dispersion des composants. Ainsi, des valeurs de retard supérieures à la période d'échantillonnage peuvent maintenir une marge de gain du filtre de la boucle directe compatible, avec de bonnes performances. Dans cette analyse, la sensibilité de cette marge de gain par rapport aux variations du retard réelles est analysée. Toujours dans un souci de faisabilité, la sensibilité des performances par rapport à la dispersion sur le retard réel a été minimisée.
Author: Jurgen van Engelen
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 1475745869
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 190
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Book Description
Sigma delta modulation has become a very useful and widely applied technique for high performance Analog-to-Digital (A/D) conversion of narrow band signals. Through the use of oversampling and negative feedback, the quantization errors of a coarse quantizer are suppressed in a narrow signal band in the output of the modulator. Bandpass sigma delta modulation is well suited for A/D conversion of narrow band signals modulated on a carrier, as occurs in communication systems such as AM/FM receivers and mobile phones. Due to the nonlinearity of the quantizer in the feedback loop, a sigma delta modulator may exhibit input signal dependent stability properties. The same combination of the nonlinearity and the feedback loop complicates the stability analysis. In Bandpass Sigma Delta Modulators, the describing function method is used to analyze the stability of the sigma delta modulator. The linear gain model commonly used for the quantizer fails to predict small signal stability properties and idle patterns accurately. In Bandpass Sigma Delta Modulators an improved model for the quantizer is introduced, extending the linear gain model with a phase shift. Analysis shows that the phase shift of a sampled quantizer is in fact a phase uncertainty. Stability analysis of sigma delta modulators using the extended model allows accurate prediction of idle patterns and calculation of small-signal stability boundaries for loop filter parameters. A simplified rule of thumb is derived and applied to bandpass sigma delta modulators. The stability properties have a considerable impact on the design of single-loop, one-bit, high-order continuous-time bandpass sigma delta modulators. The continuous-time bandpass loop filter structure should have sufficient degrees of freedom to implement the desired (small-signal stable) sigma delta modulator behavior. Bandpass Sigma Delta Modulators will be of interest to practicing engineers and researchers in the areas of mixed-signal and analog integrated circuit design.
Author: Văn Tâm Nguyêñ
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 190
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Book Description
Le CAN basé sur la modulation sigma delta est capable de fournir une très haute résolution. Bien qu'il nécessite un suréchantillonnage, il est peu sensible aux imperfections des composants. Il est donc très populaire pour les applications de bande étroite demandant une haute résolution.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'extension de ses applications vers une bande passante plus large. Nous avons d'abord étudié l'architecture sigma delta parallèle et proposé une nouvelle architecture basant sur la modulation sigma delta passe-haut et l'entrelacement temporel permettant de réduire significativement le problème caractéristique du parallélisme, à savoir la disparité entre les canaux.Nous avons ensuite étudié le modulateur sigma delta passe-haut et proposé une implémentation en technique des capacités commutées. Ce nouveau modulateur, contrairement au modulateur classique, est immune au bruit de basse fréquence et peut être utilisé non seulement dans une architecture parallèle, mais aussi de façon autonome.Nous avons aussi modélisé la plupart de non-idéalités du modulateur en VHDL-AMS pour arriver à une méthodologie de conception descendante qui permet de dériver les spécifications de tous les blocs du circuit à partir de performance visée pour le système complet. L'implémentation d'un modulateur sigma delta passe-haut d'ordre 2 et un CAN sigma delta passe-haut en combinant avec l'entrelacement temporel a été réalisée en CMOS 0,35 micromètre.Enfin, notre travail nous a permis de démontrer non seulement l'avantage du modulateur sigma delta passe-haut, mais aussi un perspective prometteur du CAN sigma delta parallèle pour les applications de très large bande.
Author: Christophe Flouzat
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 196
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Résumé anglais
Author: Shahriar Rabii
Publisher: Springer
ISBN: 0792383613
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 187
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Book Description
Oversampling techniques based on sigma-delta modulation are widely used to implement the analog/digital interfaces in CMOS VLSI technologies. This approach is relatively insensitive to imperfections in the manufacturing process and offers numerous advantages for the realization of high-resolution analog-to-digital (A/D) converters in the low-voltage environment that is increasingly demanded by advanced VLSI technologies and by portable electronic systems. In The Design of Low-Voltage, Low-Power Sigma-Delta Modulators, an analysis of power dissipation in sigma-delta modulators is presented, and a low-voltage implementation of a digital-audio performance A/D converter based on the results of this analysis is described. Although significant power savings can typically be achieved in digital circuits by reducing the power supply voltage, the power dissipation in analog circuits actually tends to increase with decreasing supply voltages. Oversampling architectures are a potentially power-efficient means of implementing high-resolution A/D converters because they reduce the number and complexity of the analog circuits in comparison with Nyquist-rate converters. In fact, it is shown that the power dissipation of a sigma-delta modulator can approach that of a single integrator with the resolution and bandwidth required for a given application. In this research the influence of various parameters on the power dissipation of the modulator has been evaluated and strategies for the design of a power-efficient implementation have been identified. The Design of Low-Voltage, Low-Power Sigma-Delta Modulators begins with an overview of A/D conversion, emphasizing sigma-delta modulators. It includes a detailed analysis of noise in sigma-delta modulators, analyzes power dissipation in integrator circuits, and addresses practical issues in the circuit design and testing of a high-resolution modulator. The Design of Low-Voltage, Low-Power Sigma-Delta Modulators will be of interest to practicing engineers and researchers in the areas of mixed-signal and analog integrated circuit design.
