25357

طراحي و شبيه سازي يك مدولاتور دلتا-سيگماي زمان گسسته كم توان با دقت زياد

كارشناسي ارشد

مهندسي برق

1397-1400

1400/5/10

دكتر اديب ابريشمي فر

مهندسي برق

مبدل دلتا-سيگما، يكي از انواع مبدل با نرخ بيش نمونه برداري مي باشد كه متشكل از يك مدولاتور دلتا-سيگما و يك فيلتر ديجيتال است. از چالش هاي مهم اين مبدل، دست يابي به دقت زياد و در عين حال حفظ توان مصرفي و سطح اشغالي در محدوده مطلوب مي باشد. از اين نوع مبدل، در كاربردهاي پزشكي بسيار استفاده مي شود و براي انتقال دقيق داده ها، نياز به دقت زياد دارد. در اين پروژه، هدف طراحي مدولاتوري است كه ضمن داشتن توان مصرفي كم، به دقت زياد دست يابد. براي حفظ توان مصرفي در محدوده مطلوب، مدولاتور با معماري مرسوم درجه 2 و پيكربندي بازخورد مستقيم، پياده سازي شده است. براي شبيه سازي مدولاتور در سطح سيستمي و انجام شبيه سازي هاي اوليه و تعيين ويژگي هاي هر يك از بلوك هاي تشكيل دهنده مدولاتور، از نرم افزار متلب و جعبه ابزار مدولاتور دلتا-سيگما، استفاده شده است. شبيه سازي هاي مداري مدولاتور در نرم افزار كيدنس، انجام شده و تكنولوژي مورد استفاده TSMC CMOS 180nm و منبع تغذيه 1/8 ولت مي باشد. در طراحي اين مدولاتور زمان گسسته، براي انتگرال گير هر طبقه مدولاتور، تقويت كننده مناسب به كار گرفته شده و از يك كوانتايزر تك بيتي متشكل از يك مقايسه كننده ديناميك و يك لچ استفاده شده است. با به كارگيري يك تقويت كننده با بهره زياد در طبقه نخست و يك تقويت كننده هدايت بار كم توان كه داراي پهناي باند زياد است در طبقه دوم، اين مدولاتور، نسبت به طرح هاي مرتبه دوم مشابه، توان بسيار كم تري مصرف مي كند و هم چنين، دقت آن نيز در محدوده قابل مقايسه با آن ها مي باشد. با نرخ بيش نمونه برداري 128 و فركانس نمونه برداري 12/5 مگا هرتز، اين مدولاتور به دقت 9/6 بيت، رسيده كه نسبت به كارهاي موجود، 1/6 بيت، افزايش دقت داشته است. نسبت سيگنال به نويز 60 دسي بل و توان مصرفي 142 ميكرو وات مي باشد.

1400/07/03

design and simulation of a low power high resolution discrete time delta-sigma modulator

8/1/2022 12:00:00 AM

Delta-Sigma ADC is a type of converter with high sampling rate which consists of a Delta-Sigma modulator and a digital filter. One of the important challenges of this converter is to achieve high resolution while maintaining the power consumption and occupied area in the desired range. This type of converter is widely used in medical applications and requires high resolution for an accurate data transfer. The purpose of this project is designing a modulator which achieves high resolution while maintaining low power. In order to keep power consumption within the desired range, a conventional second order modulator with feed-forward configuration has been implemented. MATLAB and Delta-sigma modulator toolbox has been used for system leve simulations in order to perform initial simulations and determine the characteristics of each of the blocks of the modulator. The circuit level simulations are performed in CADENCE and the technology used is TSMC CMOS 180nm under 1.8 V power supply. In this design, a suitable amplifier is designed for each stage and a single-bit quantizer consisting of a dynamic comparator and a latch is used. With a sampling rate of 128 and a sampling frequency of 12.5 MHz, this modulator has reached 9.6-bit resolution. The signal to noise ratio is 60 dB and the power consumption is only 142 µW.

مبدل آنالوگ به ديجيتال , مدولاتور دلتا-سيگما زمان گسسته , مدولاتور كم توان دقت زياد

analog to digital converter , discrete time delta-sigma modulator , low power high resolution modulator