Conception des modulateurs sigma-delta d'ordre élévé pour des convertisseurs analogique-numérique en parallèle - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Conception des modulateurs sigma-delta d'ordre élévé pour des convertisseurs analogique-numérique en parallèle

Résumé

The present work is about design of convenient high-order continuous-time band-pass sigma-delta modulators for parallel A/D converters. The extended frequency band decomposition technique is chosen as a good solution for parallelism. The requirements of this technique are studied, including high resolution performance of the used converters at high frequencies. A 6th-order continuous-time band-pass single-stage sigma-delta modulator with a quantizer number of bits equal to 3 and an oversampling ratio equal to 64 is theoretically able to meet the objectives. However, a proper methodology of design is required in order to make a reliable design in practice since continuous-time modulators are sensitive to analog imperfections. This methodology must be able to overcome the practical issues such as the dependence of the modulator performance to the modulator central frequency as well as the issue of a robust stability margin. For this aim, a new structure based on Weighted feedforward techniques providing an adequate control on the position of the poles of the noise-transfer-function by simple means is proposed. Moreover, the proposed structure provides a filtering-signal-transfer-function close to the modulator central frequency in order to increase the input dynamic range of the modulator. An optimization method on the modifiable parameters of the proposed topology is developed in order to recover the performance of the modulator accounting analog imperfections. The system-level model of analog components extracted from a transistor-level simulation must be used to guarantee the modulator performance in practice. The methodology must be associated with a proper resonator capable of providing a large quality-factor at the required band of frequency. Of all the studied sorts of the resonators, Lamb-wave-resonators are chosen. Also solutions are considered in order to overcome the issues of this kind of resonators including the anti-resonance and low impedance connections. Finally, a second-order sigma-delta modulator is chosen to benchmark the proposed solutions. AMS Bi-CMOS 0.35 um technology kit is used and the modulator is designed and simulated in layout-level. The results approve the efficiency of the proposed solutions.
Dans ce travail intitulé « Conception de modulateurs Sigma-Delta d'ordre élevé pour convertisseurs analogique-numérique en parallèle », les travaux ont été menés dans le contexte de la radio logicielle. La voie proposée pour la réalisation du convertisseur analogique-numérique, élément clé et bloquant de la radio logicielle, est une structure composée de plusieurs modulateurs sigma-delta passe-bande à temps continu mis en parallèle. Après avoir énuméré les différentes spécifications auxquelles le modulateur doit satisfaire, une nouvelle méthodologie de design à été proposé. Un état de l'art des différentes technologies de réalisation des filtres du modulateur a été réalisé, aboutissant à l'utilisation de résonateurs à filtres à ondes d'onde de Lamb. Les caractéristiques de ce résonateur ont été présentées ainsi qu'un circuit de commande permettant la compensation des inconvénients. Après avoir défini une novelle topologie et le résonateur, une méthode pour optimiser les performances de chaque modulateur en fonction des imperfections de l'électronique utilisée pour l'implémentation en fonction de la fréquence centrale de chacun d'entre eux a été proposé. Un travail d'analyse permettant de mettre en évidence l'influence de chacun des défauts électroniques importants sur les performances globales du modulateur, que ce soit en termes de résolution ou de stabilité, a été développé. Le comportement de la fonction de transfert de signal (STF) du système optimisé ne correspond pas à un filtre sélecteur de bande. Une modification originale de la topologie du modulateur permettant l'amélioration de la réponse en fréquence de la STF sans modifier la fonction de transfert du bruit (NTF) a été proposée. Enfin, la réalisation d'un modulateur sigma-delta à temps continu du deuxième ordre au niveau layout a été effectuée. La réduction de l'ordre est justifiée par le fait que l'intégration d'un filtre à onde de Lamb n'est pas encore un processus bien maitrisé et que son utilisation dans un sixième ordre pourrait aboutir à un circuit inexploitable en termes d'analyse.
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Dates et versions

tel-00469483 , version 1 (01-04-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00469483 , version 1

Citer

Mohammad Javidan. Conception des modulateurs sigma-delta d'ordre élévé pour des convertisseurs analogique-numérique en parallèle. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Paris Sud - Paris XI, 2009. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00469483⟩

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